EP0968538A1 - Polymer semiconductor device comprising at least a rectifying function and method for making same - Google Patents

Polymer semiconductor device comprising at least a rectifying function and method for making same

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EP0968538A1
EP0968538A1 EP98906977A EP98906977A EP0968538A1 EP 0968538 A1 EP0968538 A1 EP 0968538A1 EP 98906977 A EP98906977 A EP 98906977A EP 98906977 A EP98906977 A EP 98906977A EP 0968538 A1 EP0968538 A1 EP 0968538A1
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EP
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polar molecules
polymer
molecules
layer
host matrix
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Withdrawn
Application number
EP98906977A
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German (de)
French (fr)
Inventor
André Lorin
Céline Fiorini
Jean-Michel Nunzi
Carole Sentein
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Publication date
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Abstract

The invention concerns a polymer semiconductor device comprising a rectifying function formed by a polymer film (12) between a first (11) and a second (13) electrode, the polymer film constituting a host matrix for polar molecules, the polar molecules being electrically oriented in a direction perpendicular to the electrodes, the electric charges of the polar molecules having the same sign being directed towards the same electrode. The invention also concerns a method for making such a device.

Description

DISPOSITIF SEMICONDUCTEUR EN POLYMERE COMPORTANT AU POLYMER SEMICONDUCTOR DEVICE COMPRISING
MOINS UNE FONCTION REDRESSEUSE ET PROCEDE DELESS RECTIFIER FUNCTION AND METHOD FOR
FABRICATION D'UN TEL DISPOSITIFMANUFACTURE OF SUCH A DEVICE
La présente invention concerne un dispositif semiconducteur en polymère comportant au moins une fonction redresseuse. Elle concerne en particulier les diodes et notamment les diodes photovoltaïques et électroluminescentes. Elle concerne également des dispositifs tels que les transistors.The present invention relates to a polymer semiconductor device comprising at least one rectifier function. It relates in particular to the diodes and in particular the photovoltaic and light-emitting diodes. It also relates to devices such as transistors.
L'utilisation de polymère pour réaliser des dispositifs semiconducteurs est techniquement assez intéressante. En effet, les polymères peuvent être mis en forme par voie humide a partir d'une solution, ce qui conduit a des techniques faciles a mettre en oeuvre, peu onéreuses et compatibles avec d'autres techniques .The use of polymer to produce semiconductor devices is technically quite interesting. In fact, the polymers can be formed by the wet method from a solution, which leads to techniques which are easy to implement, inexpensive and compatible with other techniques.
Afin de réaliser des dispositifs semiconducteurs tels que des diodes électroluminescentes et des cellules photovoltaïques, il convient habituellement de réaliser une jonction. Il peut s'agir d'une jonction Schottky obtenue par mise en contact d'un semiconducteur dope et d'un métal présentant un contact redresseur avec le semiconducteur utilise. Il peut également s'agir d'une jonction pn obtenue par la juxtaposition d'un semiconducteur de type p et d'un semiconducteur de type n. La jonction est dite homojonction si le matériau semiconducteur est le même pour l'ensemble de la jonction. Dans le cas contraire, on parle d' heterojonction .In order to produce semiconductor devices such as light-emitting diodes and photovoltaic cells, it is usually necessary to make a junction. It may be a Schottky junction obtained by bringing a doped semiconductor into contact with a metal having a rectifier contact with the semiconductor used. It can also be a pn junction obtained by the juxtaposition of a p-type semiconductor and an n-type semiconductor. The junction is said to be homojunction if the semiconductor material is the same for the entire junction. Otherwise, we speak of heterojunction.
Il est connu d'utiliser des polymères pour réaliser ces deux types de diode (Schottky et jonction pn) . En fonction du type de conductivite requis p ou n, il est préférable de doper chimiquement le polymère avec des atomes (ou des molécules) accepteurs ou donneurs d'électrons, respectivement.It is known to use polymers to produce these two types of diode (Schottky and pn junction). Depending on the type of conductivity required p or n, it is preferable to chemically dope the polymer with electron acceptor or donor atoms (or molecules), respectively.
Un inconvénient des diodes Schottky réalisées par la juxtaposition d'un métal et d'un polymère semiconducteur est leur faible durée de vie. Ceci est dû à la diffusion du métal dans le polymère, au niveau du contact entre les deux matériaux, à cause de la différence de potentiel électrochi ique existant entre ces deux matériaux. Une jonction pn devrait permettre a priori de corriger cet inconvénient. On la réalise par juxtaposition d'un polymère de type p et d'un polymère de type n. Toutefois, il est extrêmement difficile de réaliser de telles jonctions pn car le choix des différents polymères n'est pas toujours compatible avec les impératifs de mise en oeuvre. De plus, les polymères de type n sont peu courants et souvent instables a l'oxygène.A disadvantage of Schottky diodes produced by the juxtaposition of a metal and a semiconductor polymer is their short lifespan. This is due to the diffusion of the metal in the polymer, at the level of the contact between the two materials, because of the difference in electrochemical potential existing between these two materials. A pn junction should allow a priori to correct this drawback. It is produced by juxtaposition of a p-type polymer and an n-type polymer. However, it is extremely difficult to produce such pn junctions because the choice of the different polymers is not always compatible with the requirements of implementation. In addition, n-type polymers are uncommon and often unstable to oxygen.
Un autre problème inhérent aux diodes en polymère de ces deux types (Schottky et pn) est lie à la faible extension de la zone de déplétion à la jonction et qui est inférieure a 20 nm. Afin d'éviter des courts-circuits entre les électrodes, les dispositifs constitues de couches minces de polymère sont réalises avec une épaisseur supérieure ou égale à 100 nm. Comme la mobilité μ des charges dans les composants organiques est une fonction croissant rapidement avec le champ électrique E interne au semiconducteur selon la loi empiriqueAnother problem inherent in polymer diodes of these two types (Schottky and pn) is related to the small extension of the depletion zone at the junction and which is less than 20 nm. In order to avoid short circuits between the electrodes, the devices made up of thin layers of polymer are produced with a thickness greater than or equal to 100 nm. As the mobility μ of the charges in the organic components is a rapidly increasing function with the electric field E internal to the semiconductor according to empirical law
μ = μ0.exp[(E/E0)P]μ = μ 0 .exp [(E / E 0 ) P]
ou l'exposant p est voisin de 0,5 et comme le champ interne E n'est important que dans la zone de depletion, les charges électriques circulent mal dans les dispositifs semiconducteurs en polymère selon l'art connu. Ceci entraîne un faible rendement de ces dispositifs .where the exponent p is close to 0.5 and since the internal field E is only important in the depletion zone, the electric charges circulate badly in semiconductor polymer devices according to known art. This results in a low efficiency of these devices.
La présente invention permet de remédier à ces inconvénients. Elle consiste à réaliser un gradient d' homojonction redresseuse équivalent à une jonction pn dans une couche mince unique de polymère qui sert de matrice hôte à des molécules polaires orientées de manière appropriée. Il en résulte une augmentation significative de la mobilité des porteurs dans toute l'épaisseur de la couche, ce qui entraîne une zone de déplétion distribuée uniformément. Ce principe améliore de façon significative les performances des dispositifs a jonction tels que les diodes électroluminescentes, les photopiles et les transistors réalisés à partir de polymères .The present invention overcomes these drawbacks. It consists in producing a rectifier homojunction gradient equivalent to a pn junction in a single thin layer of polymer which serves as host matrix for appropriately oriented polar molecules. This results in a significant increase in the mobility of the carriers throughout the thickness of the layer, which results in a depletion zone distributed uniformly. This principle significantly improves the performance of junction devices such as light-emitting diodes, solar cells and transistors made from polymers.
Un premier objet de la présente invention consiste donc en un dispositif semiconducteur en polymère comportant au moins une fonction redresseuse, caractérisé en ce que la fonction est réalisée par une couche de polymère comprise entre des premiers et des seconds moyens formant électrodes, la couche de polymère constituant une matrice hôte pour des molécules polaires, les molécules polaires étant orientées électriquement dans une direction perpendiculaire aux premiers et seconds moyens formant électrodes, les charges électriques de même signe des molécules polaires étant dirigées vers les mêmes moyens formant électrode. Un second objet de la présente invention consiste en un procède de réalisation d'un dispositif semiconducteur en polymère comportant au moins une fonction redresseuse, caractérisé en ce qu'il inclut les étapes suivantes : - formation d'une couche à base de polymère et comprenant des molécules polaires, le polymère constituant une matrice hôte pour les molécules polaires, - orientation des molécules polaires dans la matrice hôte pour que les charges électriques de même signe des molécules polaires soient dirigées d'un même côté .A first object of the present invention therefore consists of a semiconductor polymer device comprising at least one rectifying function, characterized in that the function is performed by a layer of polymer comprised between first and second means forming electrodes, the layer of polymer constituting a host matrix for polar molecules, the polar molecules being oriented electrically in a direction perpendicular to the first and second electrode means, the electric charges of the same sign of the polar molecules being directed towards the same electrode means. A second object of the present invention consists of a method for producing a polymer semiconductor device comprising at least one rectifying function, characterized in that it includes the following steps: - formation of a polymer-based layer comprising polar molecules, the polymer constituting a host matrix for the polar molecules, - orientation of the polar molecules in the host matrix so that the electric charges of the same sign of the polar molecules are directed d 'one side.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagnée des figures annexées parmi lesquelles :The invention will be better understood and other advantages and features will appear on reading the description which follows, given by way of nonlimiting example, accompanied by the appended figures among which:
- la figure 1 est un diagramme courant-tension d'une structure comprenant une couche de polymère placée entre deux électrodes,FIG. 1 is a current-voltage diagram of a structure comprising a layer of polymer placed between two electrodes,
- la figure 2 est un diagramme représentant la variation de la hauteur de la barrière de potentiel entre une électrode et la couche de polymère d'une structure selon l'invention en fonction du taux d'orientation des molécules polaires,FIG. 2 is a diagram representing the variation in the height of the potential barrier between an electrode and the polymer layer of a structure according to the invention as a function of the orientation rate of the polar molecules,
- la figure 3 est un diagramme représentant la mobilité des électrons dans une structure selon l'invention avant polarisation et pour deux valeurs opposées du champ de polarisation,FIG. 3 is a diagram representing the mobility of the electrons in a structure according to the invention before polarization and for two opposite values of the polarization field,
- la figure 4 représente, vue de côté, une photopile selon la présente invention,FIG. 4 represents a side view of a photocell according to the present invention,
- la figure 5 est une vue en perspective d'un dispositif à photopiles selon la présente invention, - la figure 6 représente, vue de côté, une diode électroluminescente selon la présente invention.- Figure 5 is a perspective view of a photocell device according to the present invention, - Figure 6 shows, side view, a light emitting diode according to the present invention.
Les diagrammes des figures 1, 2 et 3 permettent d'illustrer le principe qui est à la base de la présente invention. Ils concernent une diode symétrique constituée d'un film mince de polymère semiconducteur situé entre deux électrodes de même nature et comportant des molécules organiques polaires. Le film mince est un copolymère (MMA-DRl) 50/50 qui sera défini plus loin, le MMA jouant le rôle de matrice hôte et le DR1 constituant les molécules polaires. Les électrodes sont en aluminium.The diagrams of FIGS. 1, 2 and 3 make it possible to illustrate the principle which is the basis of the present invention. They relate to a symmetrical diode made up of a thin film of semiconductor polymer located between two electrodes of the same kind and comprising polar organic molecules. The thin film is a 50/50 (MMA-DR1) copolymer which will be defined below, MMA playing the role of host matrix and DR1 constituting the polar molecules. The electrodes are made of aluminum.
Initialement, la structure ainsi constituée est parfaitement symétrique comme le montre sa caractéristique courant-tension représentée par la courbe 1 sur le diagramme de la figure 1 et relevée a température ambiante. Le principe qui est a la base de la présente invention consiste à induire une fonction de diode redresseuse de type pn par modification de la nature même de la couche de polymère située entre les électrodes. La modification est réalisée par orientation des molécules polaires dans la matrice hôte. En appliquant un champ électrique statique sur le film mince et en portant simultanément ce film mince a une température proche de sa température de transition vitreuse Tg, les molécules polaires s'orientent quantitativement selon le champ électrique. Cette orientation est figée en maintenant le champ électrique statique pendant la phase de refroidissement de la structure. Il est possible de relier directement le champ interne induit dans une structure polarisée au taux d'orientation des molécules polaires.Initially, the structure thus formed is perfectly symmetrical as shown by its current-voltage characteristic represented by curve 1 on the diagram in FIG. 1 and recorded at room temperature. The principle on which the present invention is based consists in inducing a pn type rectifier diode function by modifying the very nature of the polymer layer situated between the electrodes. The modification is carried out by orientation of the polar molecules in the host matrix. By applying a static electric field to the thin film and simultaneously bringing this thin film to a temperature close to its glass transition temperature Tg, the polar molecules are oriented quantitatively according to the electric field. This orientation is fixed while maintaining the static electric field during the cooling phase of the structure. It is possible to directly link the internal field induced in a polarized structure to the orientation rate of polar molecules.
L'effet de l'orientation des molécules polaires apparaît sur les courbes du diagramme I = f (V) de la figure 1. La courbe 1 montrant la caractéristique courant-tension avant polarisation de la structure, la courbe 2 montre la caractéristique courant-tension d'une structure similaire obtenue après polarisation sous 5 V, a une température de 130°C pendant 10 mm, la courbe 3 montre la caractéristique courant-tension d'une structure similaire obtenue après polarisation sous 10 V, à une température de 130°C pendant 10 mm, la courbe A montre la caractéristique courant-tension d'une structure similaire obtenue après polarisation sous 15 V, à une température de 130°C pendant 10 mm. L'effet redresseur, après polarisation à une température proche de la température de transition vitreuse apparaît nettement sur le diagramme de la figure 1.The effect of the orientation of the polar molecules appears on the curves of the diagram I = f (V) of FIG. 1. Curve 1 showing the current-voltage characteristic before polarization of the structure, curve 2 shows the current characteristic- voltage of a similar structure obtained after polarization at 5 V, at a temperature of 130 ° C for 10 mm, curve 3 shows the current-voltage characteristic of a similar structure obtained after polarization at 10 V, at a temperature of 130 ° C for 10 mm, curve A shows the current-voltage characteristic of a similar structure obtained after polarization at 15 V, at a temperature of 130 ° C for 10 mm. The rectifier effect, after polarization at a temperature close to the glass transition temperature appears clearly on the diagram of FIG. 1.
En prenant le modèle classique de la diode Schottky pour les semiconducteurs, on peut faire un ajustement théorique des courbes courant-tension en utilisant des paramètres usuels :By taking the classic model of the Schottky diode for semiconductors, we can make a theoretical adjustment of the current-voltage curves using usual parameters:
I = Is[exp (qV/nkT) -l]I = I s [exp (qV / nkT) -l]
avec Is : courant de saturationwith I s : saturation current
V : tension appliquée n : facteur d' idéalité q : charge de l'électron k : constante de BoltzmannV: applied voltage n: ideality factor q: electron charge k: Boltzmann constant
T : température absolue. On peut ainsi estimer pour chacune des valeurs de polarisation de la structure le courant de saturation. Par analogie avec les semiconducteurs minéraux, on peut alors calculer Φj-,, barrière de potentiel métal-semiconducteur par l'expression suivante :T: absolute temperature. It is thus possible to estimate for each of the polarization values of the structure the saturation current. By analogy with mineral semiconductors, we can then calculate Φ j - ,, metal-semiconductor potential barrier by the following expression:
avec A : aire de la diodewith A: area of the diode
R : constante de Richardson,R: Richardson constant,
R* = 4πmeqk2 /h3 La valeur Φj-, est comparée avec des mesures de taux d'orientation réalisées par génération de second harmonique. Ces mesures de taux d'orientation peuvent être effectuées comme indique dans la thèse de G. GADRET, intitulée "Propriétés optiques non linéaires de polymères polarisés : étude de la dispersion chromatique de leur coefficient électro-optique par modulation de la réflectivité" et soutenue à l'Université de Paris XI en 1993. La variation de la hauteur de la barrière de potentiel metal/semiconducteur organique est ainsi reliée au taux d'orientation des molécules dans la matrice de polymère .R * = 4πm e qk 2 / h 3 The value Φj-, is compared with orientation rate measurements made by generation of second harmonic. These orientation rate measurements can be carried out as indicated in the thesis of G. GADRET, entitled "Nonlinear optical properties of polarized polymers: study of the chromatic dispersion of their electro-optical coefficient by modulation of the reflectivity" and sustained at the University of Paris XI in 1993. The variation in the height of the metal / organic semiconductor potential barrier is thus linked to the orientation rate of the molecules in the polymer matrix.
La figure 2 montre que, par orientation des molécules, on a réalisé une fonction équivalente à une jonction pn avec une différence de potentiel interne voisine de 0,2 eV. Il s'agit d'un gradient d' homojonction distribue sur toute l'épaisseur du film de polymère. On constate aussi sur la figure 1 qu'en plus de l'effet redresseur (asymétrie de la caractéristique), la conductivité de la diode a l'état passant (diode polarisée positivement) est significativement accrue après orientation des molécules. Cet effet est confirme par mesure de temps de vol. Cette mesure permet de déterminer le type de conduction d'un matériauFIG. 2 shows that, by orientation of the molecules, a function equivalent to a pn junction has been produced with an internal potential difference close to 0.2 eV. It is a homojunction gradient distributed over the entire thickness of the polymer film. It can also be seen in FIG. 1 that in addition to the rectifier effect (asymmetry of the characteristic), the conductivity of the diode in the on state (positively polarized diode) is significantly increased after orientation of the molecules. This effect is confirmed by measurement of flight time. This measurement makes it possible to determine the type of conduction of a material
(conduction n si les électrons sont les porteurs majoritaires, ou p si ce sont les trous) et la mobilité des charges . Le diagramme de la figure 3 montre les résultats obtenus pour la mobilité des électrons avant et après orientation des molécules pour deux valeurs opposées de champ de polarisation applique a 130°C. La mobilité sur le diagramme de la figure 3 est tracée en fonction du champ électrique E appliqué pendant la mesure. La loi de mobilité μ = μ0.exp[(E/E0)l/2](conduction n if the electrons are the majority carriers, or p if they are the holes) and the mobility of the charges. The diagram in FIG. 3 shows the results obtained for the mobility of the electrons before and after orientation of the molecules for two opposite values of applied polarization field at 130 ° C. Mobility in the diagram in Figure 3 is plotted against electric field E applied during the measurement. The mobility law μ = μ 0 .exp [(E / E 0 ) l / 2 ]
est vérifiée. L'augmentation de la mobilité des électrons est asymétrique. Elle va dans le sens de l'effet redresseur induit.is verified. The increase in mobility of electrons is asymmetrical. It goes in the direction of the induced rectifying effect.
Dans le diagramme de la figure 3, la mobilité μ des électrons est portée sur l'axe des ordonnées et le champ électrique E sur l'axe des abscisses. Sur le diagramme de la figure 3, le signe en forme de triangle représente la mobilité des électrons avant polarisation sous champ électrique, le signe en forme de carre représente la mobilité des électrons après polarisation résultant de l'application d'une tension négative de 100 V, pendant 5 mm et à 130°C, le signe en forme de rond représente la mobilité des électrons après polarisation résultant de l'application d'une tension positive de 100 V, pendant 5 mm et à 130°C. Le diagramme de la figure 3 montre que, par orientation des molécules, la mobilité électronique μ0 dans le sens passant sans champ externe appliqué est accrue d'un facteur 4. Cet effet est fondamental pour le rendement de dispositifs semiconducteurs du type photopile et diode électroluminescente.In the diagram of FIG. 3, the mobility μ of the electrons is plotted on the ordinate axis and the electric field E on the abscissa axis. In the diagram of FIG. 3, the triangle-shaped sign represents the mobility of the electrons before polarization under an electric field, the square-shaped sign represents the mobility of the electrons after polarization resulting from the application of a negative voltage of 100 V, for 5 mm and at 130 ° C, the sign in the shape of a circle represents the mobility of the electrons after polarization resulting from the application of a positive voltage of 100 V, for 5 mm and at 130 ° C. The diagram in FIG. 3 shows that, by orientation of the molecules, the electronic mobility μ 0 in the passing direction without an applied external field is increased by a factor of 4. This effect is fundamental for the performance of semiconductor devices of the photocell and diode type. electroluminescent.
Il est avantageux d'utiliser, comme molécules polaires, des molécules organiques actives dérivées du domaine de l'optique non linéaire quadratique. Elles sont de type "push-pull", c'est-à-dire qu'elles possèdent a la fois un groupe donneur d'électrons (du type ammo) et un groupe accepteur d'électrons (du type nitro) , séparés l'un de l'autre par un ou plusieurs groupements comportant des systèmes d'électrons π conjugues, donc susceptibles de se déplacer sur plusieurs atomes (diazobenzène dans le cas de la molécule de DR1, par exemple) . Ce type de molécules est largement décrit dans "Molecular Nonlinear Optics : materials, physics and devices", édité par J. ZYSS chez Académie Press, Inc. (1994), "Organic Nonlinear Optical Materials", Vol. 1, par Ch. BOSSHARD, K. SUTTER, Ph. PRETRE, J. HULLIGER, M. FLORSHEIMER, P. KAATZ, P. GUNTER, édité par Gordon and Breach Publishers, (1995) et dans le document FR-A-2 732 482 divulguant un "Procédé de fabrication de structures en polymères organiques, transparentes, auto organisées pour la conversion de fréquence optique", par F. CHARRA, C. FIORINI, A. LORIN, J-M . NUNZI, P. RAIMOND.It is advantageous to use, as polar molecules, active organic molecules derived from the field of quadratic nonlinear optics. They are of the "push-pull" type, that is to say that they have both an electron donor group (of the ammo type) and an electron acceptor group (of the nitro type), separated l 'from one another by one or more groups comprising conjugated π electron systems, therefore capable of moving over several atoms (diazobenzene in the case of DR1 molecule, for example). This type of molecule is widely described in "Molecular Nonlinear Optics: materials, physics and devices", edited by J. ZYSS at Académie Press, Inc. (1994), "Organic Nonlinear Optical Materials", Vol. 1, by Ch. BOSSHARD, K. SUTTER, Ph. PRETRE, J. HULLIGER, M. FLORSHEIMER, P. KAATZ, P. GUNTER, edited by Gordon and Breach Publishers, (1995) and in document FR-A-2 732 482 disclosing a "Method for manufacturing structures in organic polymers, transparent, self-organized for optical frequency conversion", by F. CHARRA, C. FIORINI, A. LORIN, JM. NUNZI, P. RAIMOND.
Un exemple de molécule polaire est le Disperse Red 1 (DR1) :An example of a polar molecule is Disperse Red 1 (DR1):
4-[N- (2-hydroxyéthyl) -N-éthyl]-amino-4 ' -nitroazobenzène (Aldrich, recristallisé) qui possède la structure chimique suivante :4- [N- (2-hydroxyethyl) -N-ethyl] -amino-4 '-nitroazobenzene (Aldrich, recrystallized) which has the following chemical structure:
Cette molécule peut être utilisée dans une photopile comme photo-générateur de charges .This molecule can be used in a solar cell as a photo-generator of charges.
Un autre exemple de molécule polaire est la DCM : 4- (dicyanométhylène) -2-méthyl-6- (p-diméthylaminostyryl) - 4H-pyrane (Exciton) qui possède la structure chimique suivante :Another example of a polar molecule is DCM: 4- (dicyanomethylene) -2-methyl-6- (p-dimethylaminostyryl) - 4H-pyrane (Exciton) which has the following chemical structure:
Cette molécule peut être utilisée dans une diode électroluminescente comme émetteur de lumière rouge à 620 nm. This molecule can be used in a light-emitting diode as a red light emitter at 620 nm.
Le polymère qu'il convient d'utiliser est avantageusement soluble. Il doit avoir une mobilité de porteurs significative après inclusion des molécules actives par dopage ou par greffage à la chaîne principale. Il peut s'agir de polymères semiconducteurs comme ceux qui sont décrits dans "Handbook of conduct g polymers", édité en deux volumes par SKOTHEIM en 1986 chez Marcel Dekker. Les dérivés solubles du polythiophène (PT) , du polyparaphénylène (PPP) , et du polyparaphénylènevmylène (PPV) en sont quelques exemples. Il peut aussi s'agir de polymères qui deviennent semiconducteurs par dopage, par exemple le polyméthylméthacrylate (PMMA), le polyvmylcarbazole (PVK) , le polycarbonate (PC), le polystyrène (PS), et le polyvmylchlorure (PVC) .The polymer which should be used is advantageously soluble. It must have significant carrier mobility after inclusion of the active molecules by doping or by grafting to the main chain. They may be semiconductor polymers such as those described in "Handbook of conductive g polymers", published in two volumes by SKOTHEIM in 1986 by Marcel Dekker. Soluble derivatives of polythiophene (PT), polyparaphenylene (PPP), and polyparaphenylenevmylene (PPV) are some examples. It can also be polymers which become semiconductor by doping, for example polymethylmethacrylate (PMMA), polyvmylcarbazole (PVK), polycarbonate (PC), polystyrene (PS), and polyvmylchloride (PVC).
Par exemple, le polyméthylméthacrylate (PMMA) est utilisé en tant que matrice polymère isotrope, optiquement mactive et transparente dans le visible et l'infrarouge proche. Sa formule chimique est la suivante :For example, polymethylmethacrylate (PMMA) is used as an isotropic polymer matrix, optically mactive and transparent in the visible and near infrared. Its chemical formula is as follows:
La molécule active peut être attachée chimiquement (greffée) au polymère. Ainsi, le copolymère DR1-MMA greffe à 50° en moles de chromophores (DR1-MMA 50/50) est obtenu par polymérisation radicalaire à partir d'une solution de méthylméthacrylate (MMA) et de N-éthyl-N- (méthacryloxyéthyl) -4 ' -ammo-4-nιtroazobenzène (dérivé de DR1) . Ce matériau possède une température de transition vitreuse proche de 132°C. Sa formule est la suivante :The active molecule can be chemically attached (grafted) to the polymer. Thus, the DR1-MMA copolymer grafts at 50 ° into moles of chromophores (DR1-MMA 50/50) is obtained by radical polymerization from a solution of methylmethacrylate (MMA) and N-ethyl-N- (methacryloxyethyl) -4 '-ammo-4-nιtroazobenzene (derivative of DR1). This material has a glass transition temperature close to 132 ° C. Its formula is as follows:
Le dispositif semiconducteur selon la présente invention permet notamment la réalisation d'une photopile (cellule photovoltaïque) . Une réalisation classique de photopile est décrite dans l'article "Organic Solar Cells" de D. OHRLE et D. MEISSNER, publié dans Advanced Materials, Vol. 3 (1991), n°3, pages 129-138. La photopile selon l'invention est représentée schématiquement à la figure 4. Elle comprend un substrat transparent 10, par exemple en verre, supportant une électrode transparente 11, par exemple en oxyde mixte d'étain et d'indiu (électrode ITO) . Une couche de semiconducteur organique 12 constituée par un polymère incluant des molécules polaires est comprise entre l'électrode transparente 11 et une électrode métallique 13, par exemple en aluminium. Les électrodes 11 et 13 sont respectivement reliées à des bornes de sortie 14 et 15. En fonctionnement, la lumière, indiquée par des flèches sur la figure 4, est absorbée par la face transparente de la photodiode. Des charges électriques sont alors photo-générées près de l'interface électrode transparente 11 - couche de polymère 12. Le champ électrique interne à la structure, qui est induit par l'orientation des molécules polaires contenues dans la matrice hôte polymère, favorise la séparation des charges et le déplacement de l'un des porteurs vers l'électrode d'aluminium. Un courant est alors généré.The semiconductor device according to the present invention allows in particular the production of a solar cell (photovoltaic cell). A conventional embodiment of a solar cell is described in the article "Organic Solar Cells" by D. OHRLE and D. MEISSNER, published in Advanced Materials, Vol. 3 (1991), n ° 3, pages 129-138. The photocell according to the invention is shown diagrammatically in FIG. 4. It comprises a transparent substrate 10, for example made of glass, supporting a transparent electrode 11, for example made of mixed tin and indium oxide (ITO electrode). An organic semiconductor layer 12 consisting of a polymer including polar molecules is included between the transparent electrode 11 and a metal electrode 13, for example made of aluminum. The electrodes 11 and 13 are respectively connected to output terminals 14 and 15. In operation, the light, indicated by arrows in Figure 4, is absorbed by the transparent face of the photodiode. Electric charges are then photo-generated near the transparent electrode 11 - polymer layer 12 interface. The electric field internal to the structure, which is induced by the orientation of the polar molecules contained in the polymer host matrix, promotes separation of charges and the displacement of one of the carriers towards the aluminum electrode. A current is then generated.
Pour une réalisation plus mdustrialisable de la photopile, on peut utiliser un substrat constitué par une lame de verre standard, recouverte d'ITO (traitement Conduct 013 A de chez Balzers) de résistance égale à 13 Ω/D, et d'épaisseur égale à 1 mm. Le revêtement conducteur est alors grave par attaque laser selon la configuration illustrée par la figure 5 ou la référence 20 désigne la lame de verre. L'ablation laser divise le revêtement conducteur et transparent en trois parties 21, 22 et 23. Apres nettoyage avec un détergent classique (TDF4), les parties 21, 22 et 23 sont rincées a l'eau distillée puis subissent plusieurs cycles de traitement aux ultrasons. Le substrat constitue par la lame de verre et son revêtement conducteur est ensuite chauffé dans un four a 400°C de façon a éliminer par pyrolyse d'éventuelles impuretés organiques résiduelles.For a more industrializable realization of the solar cell, it is possible to use a substrate constituted by a standard glass slide, covered with ITO (treatment Conduct 013 A from Balzers) with a resistance equal to 13 Ω / D, and a thickness equal to 1 mm. The conductive coating is then severe by laser attack according to the configuration illustrated in FIG. 5 or the reference 20 designates the glass slide. The laser ablation divides the conductive and transparent coating into three parts 21, 22 and 23. After cleaning with a conventional detergent (TDF4), the parts 21, 22 and 23 are rinsed with distilled water and then undergo several treatment cycles with ultrasound. The substrate formed by the glass slide and its conductive coating is then heated in an oven at 400 ° C. so as to remove any residual organic impurities by pyrolysis.
Le film organique est obtenu par centrifugation de la solution de polymère sur le substrat (dépôt a la tournette) . L'épaisseur de la couche et son homogénéité dépendent des paramètres de rotation de la tournette et de la viscosité de la solution. L'appareil est règle en double régime.The organic film is obtained by centrifuging the polymer solution on the substrate (spinning deposit). The thickness of the layer and its homogeneity depend on the parameters of rotation of the spinner and on the viscosity of the solution. The device is set to double speed.
Des films d'épaisseur 0,13 μm sont obtenus a partir d'une solution de copolymère (MMA-DRl) 50/50 a 30 g/1 dans le trιchloro-1, 1, 2-éthane . La solution est filtrée au moment du dépôt à travers un filtre de 0,5 μm. Les paramètres de centπfugation sont les suivants : Phase de dépôt : première accélération :Films of 0.13 μm thickness are obtained from a 50/50 a copolymer solution (MMA-DRl) 30 g / 1 in trιchloro-1, 1, 2-ethane. The solution is filtered at the time of deposition through a 0.5 μm filter. The centπfugation parameters are as follows: Deposit phase: first acceleration:
200 tours/mm/s, premier cycle : 110 tours/mm, pendant 10 s, Phase de séchage : deuxième accélération : 300 tours/mm/s, deuxième cycle : 5000 tours/mm pendant 50 s. Après dépôt, le substrat recouvert du film mince est recuit pendant 15 minutes à 80°C, ce qui permet d' éliminer le solvant résiduel. La mesure de l'épaisseur est réalisée à l'aide d'un profilometre Veeco modèle Dektak 3ST.200 rpm / s, first cycle: 110 rpm, for 10 s, Drying phase: second acceleration: 300 rpm / s, second cycle: 5000 rpm for 50 s. After deposition, the substrate covered with the thin film is annealed for 15 minutes at 80 ° C., which makes it possible to remove the residual solvent. The thickness is measured using a Veeco profilometer model Dektak 3ST.
La partie gauche du film mince correspondant aux parties 22 et 23 est alors grattée partiellement pour mettre à nu ces parties 22 et 23 qui serviront de plots de contact électrique. De même, la partie droite extrême du film mince est également grattée pour faciliter la prise de contact.The left part of the thin film corresponding to parts 22 and 23 is then partially scraped to expose these parts 22 and 23 which will serve as electrical contact pads. Similarly, the extreme right part of the thin film is also scraped to facilitate contact.
Ensuite, comme cela est visible sur la figure 5, des électrodes 24 et 25 en aluminium sont déposées sur le film mince organique 29 par evaporation à travers un masque. L ' evaporation est réalisée sous vide à 1,33.10-4 Pa (10~6 Torr) . Elle permet simultanément le dépôt des bandes conductrices 26 et 27 assurant la liaison électrique entre les électrodes 24 et 25 et les plots 22 et 23 respectivement. On obtient deux photopiles dont la surface unitaire est de 38 mm2 et possédant une électrode commune formée par la partie conductrice 21. Le dispositif obtenu est ensuite porté à une température de 130°C et une tension de 15 volts est appliquée à chaque diode pendant 10 minutes. Puis la régulation en température du dispositif est arrêtée en gardant la même tension de polarisation appliquée. On laisse la température du dispositif redescendre à 25°C en 30 minutes. Le champ électrique statique appliqué est alors coupé.Then, as can be seen in FIG. 5, aluminum electrodes 24 and 25 are deposited on the organic thin film 29 by evaporation through a mask. Evaporation is carried out under vacuum at 1.33.10 -4 Pa (10 ~ 6 Torr). It simultaneously allows the deposition of the conductive strips 26 and 27 ensuring the electrical connection between the electrodes 24 and 25 and the pads 22 and 23 respectively. Two solar cells are obtained, the unit area of which is 38 mm 2 and having a common electrode formed by the conductive part 21. The device obtained is then brought to a temperature of 130 ° C. and a voltage of 15 volts is applied to each diode for 10 minutes. Then the temperature regulation of the device is stopped while keeping the same applied bias voltage. The temperature of the device is allowed to drop to 25 ° C in 30 minutes. The applied static electric field is then cut off.
L'effet du colorant DR1 est que les porteurs de charges majoritaires dans le copolymère (MMA-DRl) 50/50 sont les électrons (matériau de type n) . Leur mobilité est donc augmentée en orientant les chromophores de DR1 avec leur groupement donneur d'électrons (ammo) du côté du revêtement d'ITO et leur groupement accepteur d'électrons (nitro) du côté de l'électrode d' aluminium. On réalise cela en appliquant la valeur positive de la tension V au revêtement d'ITO pendant la phase de polarisation. Plus généralement, pour un film de polymère de même composition et d'épaisseur différente, le dispositif sera polarisé avec une tension V voisine de 100 V/μm.The effect of the DR1 dye is that the majority charge carriers in the 50/50 (MMA-DRl) copolymer are the electrons (n-type material). Their mobility is therefore increased by orienting the chromophores of DR1 with their electron donor group (ammo) on the side of the ITO coating and their electron acceptor group (nitro) on the side of the aluminum electrode. This is achieved by applying the positive value of the voltage V to the ITO coating during the polarization phase. More generally, for a polymer film of the same composition and of different thickness, the device will be polarized with a voltage V close to 100 V / μm.
La photopile ainsi décrite génère un courant d'électrons a l'électrode d' aluminium lorsqu'elle est éclairée en lumière blanche sur la face transparente. Le dispositif semiconducteur selon la présente invention permet également la réalisation d'une diode électroluminescente. Une réalisation classique de diode électroluminescente est décrite dans l'article "Blue light-emittmg diodes with doped polymers" de E. GAUTIER, J . -M . NUNZI, C. SENTEIN, A. LORIN et P. RAIMOND publie dans Synthetic Metals, Vol. 81, 1996, p. 197-200.The photocell thus described generates a current of electrons at the aluminum electrode when it is illuminated in white light on the transparent face. The semiconductor device according to the present invention also allows the production of a light-emitting diode. A conventional embodiment of light-emitting diode is described in the article "Blue light-emittmg diodes with doped polymers" by E. GAUTIER, J. -Mr. NUNZI, C. SENTEIN, A. LORIN and P. RAIMOND publishes in Synthetic Metals, Vol. 81, 1996, p. 197-200.
Une diode électroluminescente selon la présente invention est représentée schématiquement a la figure 6. Sa structure est identique a celle de la figure 4. Elle comporte un substrat transparent 30, par exemple en verre, supportant une électrode transparente 31, par exemple une électrode ITO. Une couche de semiconducteur organique 32 constituée par un polymère incluant des molécules polaires est comprise entre l'électrode transparente 31 et une électrode métallique 33, par exemple en aluminium. Les électrodes 31 et 33 sont respectivement reliées à des bornes d'entrée 34 et 35. En fonctionnement, de la lumière, indiquée par des flèches sur la figure 6, est émise au travers de la face transparente de la diode électroluminescente.A light-emitting diode according to the present invention is shown diagrammatically in FIG. 6. Its structure is identical to that of FIG. 4. It comprises a transparent substrate 30, for example made of glass, supporting a transparent electrode 31, for example an ITO electrode. An organic semiconductor layer 32 consisting of a polymer including polar molecules is included between the transparent electrode 31 and a metal electrode 33, for example made of aluminum. The electrodes 31 and 33 are respectively connected to input terminals 34 and 35. In operation, light, indicated by arrows in FIG. 6, is emitted through the transparent face of the light-emitting diode.
Lorsque la diode est soumise à une tension positive sur l'électrode transparente 31, des charges sont injectées par les deux électrodes 31 et 33 dans le polymère 32. En se recombinant, ces charges émettent de la lumière par la face transparente du dispositif. Le champ électrique interne à la structure, qui est induit par l'orientation des molécules polaires contenues dans la matrice hôte polymère, favorise l' injection des charges et leur recombinaison par paires +/- dans le polymère. En effet, ce champ interne limite le transit direct, sans recombinaison, de charges d'une électrode à l'autre.When the diode is subjected to a positive voltage on the transparent electrode 31, charges are injected by the two electrodes 31 and 33 into the polymer 32. By recombining, these charges emit light through the transparent face of the device. The electric field internal to the structure, which is induced by the orientation of the polar molecules contained in the polymer host matrix, favors the injection of the charges and their recombination by +/- pairs in the polymer. Indeed, this internal field limits the direct transit, without recombination, of charges from one electrode to another.
On peut aussi réaliser des structures de diodes électroluminescentes suivant la disposition montrée à la figure 5. Le film mmce organique peut être obtenu à partir d'un mélange du polymère PMMA à 30 g/1 dans le trιchloro-1 , 1 , 2-éthane avec la molécule de DCM à 5° en masse de PMMA (1,5 g/1 de solution). En suivant la procédure décrite précédemment pour la photopile de la figure 5, on peut obtenir des films organiques de 0,1 μm d'épaisseur. Les électrodes d'aluminium sont aussi déposées comme décrit précédemment. La polarisation du dispositif se fait aussi de la manière indiquée précédemment. La diode électroluminescente ainsi décrite émet de la lumière rouge à 620 nm par l'électrode transparente lorsqu'elle est soumise à une tension supérieure à 20 V (positive sur l'électrode transparente). Différentes variantes de réalisation peuvent être envisagées dans le cadre de la présente invention. Ainsi, la couche organique active peut être réalisée par mélange de différents polymères et de différentes molécules. De même, ces différentes espèces peuvent être liées chimiquement (copolymère) .Light-emitting diode structures can also be produced according to the arrangement shown in FIG. 5. The organic mmce film can be obtained from a mixture of the PMMA polymer at 30 g / 1 in trιchloro-1, 1, 2-ethane with the DCM molecule at 5 ° by mass of PMMA (1.5 g / 1 of solution). By following the procedure described above for the photocell in FIG. 5, organic films 0.1 μm thick can be obtained. The aluminum electrodes are also deposited as described above. The polarization of the device is also done in the manner indicated above. The light-emitting diode thus described emits red light at 620 nm from the transparent electrode when it is subjected to a voltage greater than 20 V (positive on the transparent electrode). Different variant embodiments can be envisaged in the context of the present invention. Thus, the active organic layer can be produced by mixing different polymers and different molecules. Likewise, these different species can be chemically linked (copolymer).
Le substrat transparent peut être du verre ordinaire mais tout autre matériau diélectrique transparent convient, par exemple les plastiques transparents comme le polycarbonate, le PMMA. Ces matériaux plastiques permettent la réalisation de dispositifs souples (en feuille, en rouleau, etc.) .The transparent substrate can be ordinary glass, but any other transparent dielectric material is suitable, for example transparent plastics such as polycarbonate, PMMA. These plastic materials allow the production of flexible devices (in sheets, rolls, etc.).
Afin de laisser passer la lumière utile, au moins l'une des électrodes doit être transparente. Si, comme c'est le cas décrit jusqu'à présent, c'est le substrat qui est transparent, l'électrode adjacente à ce substrat peut être en oxyde d'mdium, en oxyde mixte d'etam et d'mdium ou peut être constituée d'un film mince de polymère conducteur transparent dans le domaine de la lumière utile, par exemple du type polyaniline (Pani, distribué par Monsanto) ou PEDT (distribué par Bayer), ou encore être constituée d'un film mince métallique (aluminium, or, argent, ... ) dépose par evaporation et d'une épaisseur voisine de 10 a 50 nm . L'électrode supérieure est avantageusement un film mince métallique dépose par evaporation (aluminium, or, argent, magnésium,...). Suivant le type de dispositif a réaliser, cette électrode peut être opaque ou semi-transparente . Il existe différentes techniques permettant d'appliquer un champ électrique statique sur un film mince. On peut polariser grâce à des électrodes évaporées sur le substrat puis sur le film. C'est la méthode utilisée plus haut. Ce champ peut aussi être appliqué en déposant sur le film, qui est en général fortement résistif, des ions créés par effet Corona près d'une pointe ou d'un fil métallique. C'est la méthode qui permet de polariser les cylindres des imprimantes laser. La polarisation peut également être réalisée à froid, lorsqu'elle est assistée optiquement.In order to let the useful light through, at least one of the electrodes must be transparent. If, as is the case described so far, it is the substrate which is transparent, the electrode adjacent to this substrate may be made of medium oxide, of mixed oxide of etam and medium or may be made of a thin film of transparent conductive polymer in the useful light field, for example of the polyaniline (Pani, distributed by Monsanto) or PEDT type (distributed by Bayer), or else be made of a metallic thin film ( aluminum, gold, silver, ...) deposited by evaporation and with a thickness close to 10 to 50 nm. The upper electrode is advantageously a thin metallic film deposited by evaporation (aluminum, gold, silver, magnesium, etc.). Depending on the type of device to be produced, this electrode can be opaque or semi-transparent. There are different techniques for applying a static electric field to a thin film. We can polarize thanks to electrodes evaporated on the substrate then on the film. This is the method used above. This field can also be applied by depositing on the film, which is generally highly resistive, ions created by the Corona effect near a point or a metallic wire. This is the method that polarizes the cylinders of laser printers. Polarization can also be carried out cold, when it is optically assisted.
La technique de polarisation par électrodes consiste à appliquer un champ électrique par l'intermédiaire d'électrodes placées de part et d'autre du film. L'électrode inférieure peut être simplement un substrat conducteur (silicium dopé par exemple), une électrode métallique évaporée sur le substrat avant le dépôt du film organique, ou une électrode transparente (ITO) suivant le type du dispositif à réaliser. L'électrode supérieure est un film mince métallique dépose par evaporation.The technique of polarization by electrodes consists in applying an electric field by means of electrodes placed on either side of the film. The lower electrode may simply be a conductive substrate (doped silicon for example), a metal electrode evaporated on the substrate before the deposition of the organic film, or a transparent electrode (ITO) depending on the type of device to be produced. The upper electrode is a thin metallic film deposited by evaporation.
L'accès direct et précis à la valeur du champ électrique appliqué au film constitue l'avantage essentiel de cette méthode. De plus, il s'agit d'une méthode applicable au dispositif tel qu'il est réalisé. En portant le matériau au moment de la polarisation a une température proche de sa température de transition vitreuse, les contraintes mécaniques imposées par les chaînes polymériques constituant la matrice diminuent et cela conduit à l'orientation des molécules dopantes. Il est alors nécessaire de maintenir le champ statique pendant la phase de refroidissement de l'échantillon, avant de le couper à température ambiante pour figer l'orientation des molécules. Pour certains couples molécule/polymère, il n'est pas nécessaire de chauffer la couche organique pour orienter les molécules. C'est le cas du DR1 dans le PVK. Pour d'autres couples molécule/polymère, l'orientation peut être réalisée sans chauffage, par application d'un faisceau lumineux absorbé par les molécules, lequel faisceau produit un effet équivalent au chauffage.The direct and precise access to the value of the electric field applied to the film constitutes the essential advantage of this method. In addition, it is a method applicable to the device as it is produced. By bringing the material at the time of polarization to a temperature close to its glass transition temperature, the mechanical stresses imposed by the polymer chains constituting the matrix decrease and this leads to the orientation of the doping molecules. It is then necessary to maintain the static field during the cooling phase of the sample, before cutting it at room temperature to freeze the orientation of the molecules. For certain molecule / polymer pairs, it is not necessary to heat the organic layer to orient the molecules. This is the case of DR1 in the PVK. For other molecule / polymer pairs, orientation can be achieved without heating, by applying a light beam absorbed by the molecules, which beam produces an effect equivalent to heating.
Comme il a été dit plus haut, on peut également effectuer la polarisation par effet Corona. L'application d'un potentiel électrique sur une surface métallique à faible rayon de courbure (pointe) se traduit par la création d'une forte densité surfacique de charges à l'interface convexe. Le flux électrique est donc concentré près de cette pointe, conduisant à l'ionisation d'un gaz présent près de l'interface. L'apparition des ions dans le gaz augmente sa conductibilité, et une décharge électrique apparaît quand la tension appliquée sur le gaz dépasse la valeur de la tension de claquage diélectrique. La polarisation par effet Corona consiste à déposer ces ions sur le film mince pour le polariser. Les substrats à utiliser sont les mêmes que pour la méthode précédente. L'électrode supérieure métallique sera alors déposée, une fois la polarisation réalisée.As mentioned above, polarization can also be carried out by the Corona effect. The application of an electrical potential on a metal surface with a small radius of curvature (tip) results in the creation of a high surface density of charges at the convex interface. The electric flow is therefore concentrated near this point, leading to the ionization of a gas present near the interface. The appearance of ions in the gas increases its conductivity, and an electric discharge appears when the voltage applied to the gas exceeds the value of the dielectric breakdown voltage. Corona polarization consists of depositing these ions on the thin film to polarize it. The substrates to be used are the same as for the previous method. The metallic upper electrode will then be deposited, once the polarization has been achieved.
11 est également possible de réaliser les dispositifs décrits ci-dessus avec une structure inversée. Dans ce cas, le substrat et/ou l'électrode inférieure peuvent être opaques. L'électrode supérieure est alors nécessairement transparente ou semi-transparente. Elle peut être réalisée par dépôt cathodique d'ITO ou dépôt d'un film mince métallique d'épaisseur voisine de 10 a 50 nm (aluminium, or, argent, etc.) . L'avantage d'un tel type de dispositif est qu'il peut être réalise par dépôt sur un film souple d'aluminium type substrat Mylar® (distribué par Dupont de Nemours) . On gagne alors une étape de réalisation, celle relative au dépôt de l'électrode inférieure . II entre également dans le cadre de la présente invention de réaliser des dispositifs semiconducteurs autres que des diodes électroluminescentes ou photovoltaïques, par exemple des transistors de type à effet de champ dont la couche semiconductrice active est constituée et/ou réalisée selon les caractéristiques de l'invention. Dans ce cas, l'augmentation de la mobilité des porteurs de charges induite selon le principe proposé est d'un grand intérêt car les caractéristiques des transistors (contraste entre l'état passant et l'état bloquant) dépendent fortement de celle-ci. L'intérêt des transistors organiques est qu'ils permettent de réaliser des capteurs (détecteurs et dosimètres) . It is also possible to produce the devices described above with an inverted structure. In this case, the substrate and / or the lower electrode may be opaque. The upper electrode is then necessarily transparent or semi-transparent. It can be carried out by cathodic deposition of ITO or deposition of a metallic thin film of thickness close to 10 to 50 nm (aluminum, gold, silver, etc.). The advantage of such a type of device is that it can be produced by deposition on a film flexible aluminum type substrate Mylar® (distributed by Dupont de Nemours). We then gain a production step, that relating to the deposition of the lower electrode. It is also within the scope of the present invention to produce semiconductor devices other than light-emitting or photovoltaic diodes, for example field effect type transistors of which the active semiconductor layer is formed and / or produced according to the characteristics of the invention. In this case, the increase in the mobility of the charge carriers induced according to the proposed principle is of great interest because the characteristics of the transistors (contrast between the on state and the blocking state) strongly depend on this. The advantage of organic transistors is that they make it possible to produce sensors (detectors and dosimeters).

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif semiconducteur en polymère comportant au moins une fonction redresseuse, caractérisé en ce que la fonction est réalisée par une couche de polymère (12,29,32) comprise entre des premiers (11,21,31) et des seconds (13,24,25,32) moyens formant électrodes, la couche de polymère constituant une matrice hôte pour des molécules polaires, les molécules polaires étant orientées électriquement dans une direction perpendiculaire aux premiers et seconds moyens formant électrodes, les charges électriques de même signe des molécules polaires étant dirigées vers les mêmes moyens formant électrode.1. polymer semiconductor device comprising at least one rectifying function, characterized in that the function is performed by a layer of polymer (12,29,32) between the first (11,21,31) and the second (13, 24,25,32) means forming electrodes, the polymer layer constituting a host matrix for polar molecules, the polar molecules being oriented electrically in a direction perpendicular to the first and second means forming electrodes, the electric charges of the same sign of the polar molecules being directed to the same electrode means.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites molécules polaires sont des molécules dopant la matrice hôte.2. Device according to claim 1, characterized in that said polar molecules are molecules doping the host matrix.
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites molécules polaires sont des molécules greffées dans la matrice hôte. 3. Device according to claim 1, characterized in that said polar molecules are molecules grafted into the host matrix.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérise en ce que lesdites molécules polaires possèdent un groupe accepteur d'électrons et un groupe donneur d'électrons séparées par un ou plusieurs groupements comportant des systèmes d'électrons π conjugués.4. Device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that said polar molecules have an electron acceptor group and an electron donor group separated by one or more groups comprising conjugated π electron systems.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 a 4, caractérisé en ce que la matrice hôte est à base d'un polymère choisi parmi le polythiophene, le polyparaphenylène, le polyparaphénylènevmylène, le polyméthylméthacrylate, le polyvmylcarbazole, le polycarbonate, le polystyrène et le poly (chlorure de vinyle) .5. Device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the host matrix is based on a polymer chosen from polythiophene, polyparaphenylene, polyparaphenylenevmylene, polymethylmethacrylate, polyvmylcarbazole, polycarbonate, polystyrene and poly (vinyl chloride).
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 a 5, caractérise en ce qu'il comporte un substrat (10,20,30) servant de support aux premiers moyens formant électrode (11,21,31), au moins l'un des éléments constitués par, soit le substrat et les premiers moyens formant électrode, soit les deuxièmes moyens (13,24,25,33) formant électrode étant transparent.6. Device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it comprises a substrate (10,20,30) serving as a support for the first electrode forming means (11,21,31), at least one of the elements consisting of either the substrate and the first electrode means or the second electrode forming means (13,24,25,33) being transparent.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le substrat (10,20,30) servant de support aux premiers moyens formant électrode est en verre ou en plastique. 7. Device according to claim 6, characterized in that the substrate (10,20,30) serving as support for the first electrode means is made of glass or plastic.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte un substrat conducteur servant à la fois de support et de premiers moyens formant électrode.8. Device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it comprises a conductive substrate serving both as a support and as first means forming an electrode.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que, le dispositif étant une photopile, lesdites molécules polaires sont des molécules de 4 [N- (2-hydroxyéthyl) -N- éthyl ] -amino-4 ' -nitrobenzène .9. Device according to any one of claims 6 to 8, characterized in that, the device being a photocell, said polar molecules are molecules of 4 [N- (2-hydroxyethyl) -N- ethyl] -amino-4 '-nitrobenzene.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que, le dispositif étant une diode électroluminescente, lesdites molécules polaires sont des molécules de 4- (diciyanométhylène) -2-méthyl-6- (p-diméthylammostyryl) - 4H-pyrane . 10. Device according to any one of Claims 6 to 8, characterized in that, the device being a light-emitting diode, said polar molecules are molecules of 4- (diciyanomethylene) -2-methyl-6- (p-dimethylammostyryl) - 4H-pyrane.
11. Procédé de réalisation d'un dispositif semiconducteur en polymère comportant au moins une fonction redresseuse, caractérisé en ce qu'il inclut les étapes suivantes :11. Method for producing a polymer semiconductor device comprising at least one rectifying function, characterized in that it includes the following steps:
- formation d'une couche (12,29,32) à base de polymère et comprenant des molécules polaires, le polymère constituant une matrice hôte pour les molécules polaires,- formation of a layer (12, 29, 32) based on polymer and comprising polar molecules, the polymer constituting a host matrix for the polar molecules,
- orientation des molécules polaires dans la matrice hôte pour que les charges électriques de même signe des molécules polaires soient dirigées d'un même côté .- orientation of polar molecules in the host matrix so that electrical charges likewise sign polar molecules are directed on the same side.
12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que les molécules polaires sont introduites en tant que dopants dans la matrice hôte.12. Method according to claim 11, characterized in that the polar molecules are introduced as dopants in the host matrix.
13. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que les molécules polaires sont introduites par greffage dans la matrice hôte.13. Method according to claim 11, characterized in that the polar molecules are introduced by grafting into the host matrix.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que l'orientation des molécules polaires dans la matrice hôte est effectuée :14. Method according to any one of claims 11 to 13, characterized in that the orientation of the polar molecules in the host matrix is carried out:
- en appliquant, pendant une durée déterminée, un champ électrique statique sur ladite couche (12,29,32), cette couche étant portée à une température proche de sa température de transition vitreuse,- by applying, for a determined period, a static electric field to said layer (12,29,32), this layer being brought to a temperature close to its glass transition temperature,
- puis, en maintenant le champ électrique statique pendant le refroidissement de ladite couche.- Then, maintaining the static electric field during the cooling of said layer.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que l'orientation des molécules polaires dans la matrice hôte est effectuée en appliquant, pendant une durée déterminée, un champ électrique statique sur ladite couche, cette couche étant soumise à l'impact d'un faisceau lumineux.15. Method according to any one of claims 11 to 13, characterized in that the orientation of the polar molecules in the host matrix is carried out by applying, for a determined period, a static electric field on said layer, this layer being subjected on impact of a light beam.
16. Procédé selon l'une des revendications 14 ou 15, caractérisé en ce que le champ électrique d'orientation est appliqué à ladite couche (12,29,32) par l'intermédiaire de moyens formant électrodes (11,13,21,24,25,31,33) et destinées a constituer des électrodes pour le dispositif.16. Method according to one of claims 14 or 15, characterized in that the electric orientation field is applied to said layer (12,29,32) by means of electrodes (11,13,21, 24,25,31,33) and intended to constitute electrodes for the device.
17. Procédé selon l'une des revendications 14 ou 15, caractérisé en ce que le champ électrique d'orientation est appliqué a ladite couche par effet Corona. 17. Method according to one of claims 14 or 15, characterized in that the electric orientation field is applied to said layer by Corona effect.
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