FR2945153A1 - Formation d'une zone de conductivite electrique reduite dans un materiau semi-conducteur organique dope par au moins un type de porteurs de charges residuels. - Google Patents
Formation d'une zone de conductivite electrique reduite dans un materiau semi-conducteur organique dope par au moins un type de porteurs de charges residuels. Download PDFInfo
- Publication number
- FR2945153A1 FR2945153A1 FR0904320A FR0904320A FR2945153A1 FR 2945153 A1 FR2945153 A1 FR 2945153A1 FR 0904320 A FR0904320 A FR 0904320A FR 0904320 A FR0904320 A FR 0904320A FR 2945153 A1 FR2945153 A1 FR 2945153A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- semiconductor material
- organic semiconductor
- type
- inhibiting
- thin layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 title claims abstract description 75
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 title abstract description 9
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 163
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 148
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 claims abstract description 51
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 32
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 claims abstract description 18
- SJECZPVISLOESU-UHFFFAOYSA-N 3-trimethoxysilylpropan-1-amine Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCN SJECZPVISLOESU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 125000003636 chemical group Chemical group 0.000 claims description 38
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 38
- 238000004770 highest occupied molecular orbital Methods 0.000 claims description 18
- 238000004768 lowest unoccupied molecular orbital Methods 0.000 claims description 18
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 13
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 10
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 claims description 10
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 9
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 8
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 claims description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 5
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 claims description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims 1
- RZXMPPFPUUCRFN-UHFFFAOYSA-N p-toluidine Chemical compound CC1=CC=C(N)C=C1 RZXMPPFPUUCRFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 abstract description 9
- -1 tri-p-tolylamine compound Chemical class 0.000 abstract description 9
- 239000000969 carrier Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 17
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 12
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 7
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 6
- 239000002841 Lewis acid Substances 0.000 description 5
- 239000002585 base Substances 0.000 description 5
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 5
- 239000002879 Lewis base Substances 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 4
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- FFUAGWLWBBFQJT-UHFFFAOYSA-N hexamethyldisilazane Chemical compound C[Si](C)(C)N[Si](C)(C)C FFUAGWLWBBFQJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000007517 lewis acids Chemical class 0.000 description 4
- 150000007527 lewis bases Chemical class 0.000 description 4
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 4
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 4
- 239000011112 polyethylene naphthalate Substances 0.000 description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 3
- 229920003207 poly(ethylene-2,6-naphthalate) Polymers 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- LWAVGNJLLQSNNN-UHFFFAOYSA-N (2,5-dioxopyrrolidin-1-yl) 4-azidobenzoate Chemical compound C1=CC(N=[N+]=[N-])=CC=C1C(=O)ON1C(=O)CCC1=O LWAVGNJLLQSNNN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N (3-aminopropyl)triethoxysilane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CCCN WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CSQAOYKOFQMUMV-UHFFFAOYSA-N 2-pentacen-1-ylethynyl-tri(propan-2-yl)silane Chemical compound C1=CC=C2C=C(C=C3C(C=C4C=CC=C(C4=C3)C#C[Si](C(C)C)(C(C)C)C(C)C)=C3)C3=CC2=C1 CSQAOYKOFQMUMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YXYUIABODWXVIK-UHFFFAOYSA-N 4-methyl-n,n-bis(4-methylphenyl)aniline Chemical compound C1=CC(C)=CC=C1N(C=1C=CC(C)=CC=1)C1=CC=C(C)C=C1 YXYUIABODWXVIK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005046 Chlorosilane Substances 0.000 description 2
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WLLGXSLBOPFWQV-UHFFFAOYSA-N MGK 264 Chemical compound C1=CC2CC1C1C2C(=O)N(CC(CC)CCCC)C1=O WLLGXSLBOPFWQV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N Pyridine Chemical compound C1=CC=NC=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical group [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 125000002915 carbonyl group Chemical group [*:2]C([*:1])=O 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- KOPOQZFJUQMUML-UHFFFAOYSA-N chlorosilane Chemical compound Cl[SiH3] KOPOQZFJUQMUML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 2
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 2
- LIWAQLJGPBVORC-UHFFFAOYSA-N ethylmethylamine Chemical compound CCNC LIWAQLJGPBVORC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 description 2
- 239000012948 isocyanate Substances 0.000 description 2
- 150000002513 isocyanates Chemical class 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000007645 offset printing Methods 0.000 description 2
- SLIUAWYAILUBJU-UHFFFAOYSA-N pentacene Chemical compound C1=CC=CC2=CC3=CC4=CC5=CC=CC=C5C=C4C=C3C=C21 SLIUAWYAILUBJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004838 photoelectron emission spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 229920000301 poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000009877 rendering Methods 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 2
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- FMZQNTNMBORAJM-UHFFFAOYSA-N tri(propan-2-yl)-[2-[13-[2-tri(propan-2-yl)silylethynyl]pentacen-6-yl]ethynyl]silane Chemical compound C1=CC=C2C=C3C(C#C[Si](C(C)C)(C(C)C)C(C)C)=C(C=C4C(C=CC=C4)=C4)C4=C(C#C[Si](C(C)C)(C(C)C)C(C)C)C3=CC2=C1 FMZQNTNMBORAJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RIOQSEWOXXDEQQ-UHFFFAOYSA-N triphenylphosphine Chemical compound C1=CC=CC=C1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 RIOQSEWOXXDEQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WACNXHCZHTVBJM-UHFFFAOYSA-N 1,2,3,4,5-pentafluorobenzene Chemical compound FC1=CC(F)=C(F)C(F)=C1F WACNXHCZHTVBJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BMVXCPBXGZKUPN-UHFFFAOYSA-N 1-hexanamine Chemical compound CCCCCCN BMVXCPBXGZKUPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IKYAJDOSWUATPI-UHFFFAOYSA-N 3-[dimethoxy(methyl)silyl]propane-1-thiol Chemical compound CO[Si](C)(OC)CCCS IKYAJDOSWUATPI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UUEWCQRISZBELL-UHFFFAOYSA-N 3-trimethoxysilylpropane-1-thiol Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCS UUEWCQRISZBELL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LVACOMKKELLCHJ-UHFFFAOYSA-N 3-trimethoxysilylpropylurea Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCNC(N)=O LVACOMKKELLCHJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HMFFOEBLYHLRQN-UHFFFAOYSA-N 4-trichlorosilylbutanenitrile Chemical compound Cl[Si](Cl)(Cl)CCCC#N HMFFOEBLYHLRQN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VGIURMCNTDVGJM-UHFFFAOYSA-N 4-triethoxysilylbutanenitrile Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CCCC#N VGIURMCNTDVGJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JLLYLQLDYORLBB-UHFFFAOYSA-N 5-bromo-n-methylthiophene-2-sulfonamide Chemical compound CNS(=O)(=O)C1=CC=C(Br)S1 JLLYLQLDYORLBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920003026 Acene Polymers 0.000 description 1
- SHAHUJQWVQOHFE-UHFFFAOYSA-N CC(C)(C)c1ccc2=Cc3cc4=c5cc(ccc5=Cc4cc3=c2c1)C(C)(C)C Chemical compound CC(C)(C)c1ccc2=Cc3cc4=c5cc(ccc5=Cc4cc3=c2c1)C(C)(C)C SHAHUJQWVQOHFE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108010078791 Carrier Proteins Proteins 0.000 description 1
- 108091006149 Electron carriers Proteins 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N Ethyl urethane Chemical compound CCOC(N)=O JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LGRFSURHDFAFJT-UHFFFAOYSA-N Phthalic anhydride Natural products C1=CC=C2C(=O)OC(=O)C2=C1 LGRFSURHDFAFJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011954 Ziegler–Natta catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 150000001299 aldehydes Chemical class 0.000 description 1
- 125000001931 aliphatic group Chemical group 0.000 description 1
- 150000001408 amides Chemical class 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- MWPLVEDNUUSJAV-UHFFFAOYSA-N anthracene Chemical compound C1=CC=CC2=CC3=CC=CC=C3C=C21 MWPLVEDNUUSJAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000000751 azo group Chemical group [*]N=N[*] 0.000 description 1
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 1
- JHIWVOJDXOSYLW-UHFFFAOYSA-N butyl 2,2-difluorocyclopropane-1-carboxylate Chemical compound CCCCOC(=O)C1CC1(F)F JHIWVOJDXOSYLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 150000001722 carbon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000007385 chemical modification Methods 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- RAABOESOVLLHRU-UHFFFAOYSA-N diazene Chemical compound N=N RAABOESOVLLHRU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000071 diazene Inorganic materials 0.000 description 1
- DIJRHOZMLZRNLM-UHFFFAOYSA-N dimethoxy-methyl-(3,3,3-trifluoropropyl)silane Chemical compound CO[Si](C)(OC)CCC(F)(F)F DIJRHOZMLZRNLM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 238000007646 gravure printing Methods 0.000 description 1
- 125000005843 halogen group Chemical group 0.000 description 1
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 150000003949 imides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002466 imines Chemical class 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000002361 inverse photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002576 ketones Chemical class 0.000 description 1
- 150000002596 lactones Chemical class 0.000 description 1
- 238000010329 laser etching Methods 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 1
- 239000012968 metallocene catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000004776 molecular orbital Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- NHBRUUFBSBSTHM-UHFFFAOYSA-N n'-[2-(3-trimethoxysilylpropylamino)ethyl]ethane-1,2-diamine Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCNCCNCCN NHBRUUFBSBSTHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZLDHYRXZZNDOKU-UHFFFAOYSA-N n,n-diethyl-3-trimethoxysilylpropan-1-amine Chemical compound CCN(CC)CCC[Si](OC)(OC)OC ZLDHYRXZZNDOKU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002825 nitriles Chemical class 0.000 description 1
- 150000002828 nitro derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 125000000962 organic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 150000002964 pentacenes Chemical class 0.000 description 1
- KJOLVZJFMDVPGB-UHFFFAOYSA-N perylenediimide Chemical compound C=12C3=CC=C(C(NC4=O)=O)C2=C4C=CC=1C1=CC=C2C(=O)NC(=O)C4=CC=C3C1=C42 KJOLVZJFMDVPGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004713 phosphodiesters Chemical class 0.000 description 1
- 238000001420 photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 1
- XKJCHHZQLQNZHY-UHFFFAOYSA-N phthalimide Chemical compound C1=CC=C2C(=O)NC(=O)C2=C1 XKJCHHZQLQNZHY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000678 plasma activation Methods 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 description 1
- 150000003141 primary amines Chemical class 0.000 description 1
- UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N pyridine Natural products COC1=CC=CN=C1 UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 150000003335 secondary amines Chemical class 0.000 description 1
- 229930000044 secondary metabolite Natural products 0.000 description 1
- FZHAPNGMFPVSLP-UHFFFAOYSA-N silanamine Chemical compound [SiH3]N FZHAPNGMFPVSLP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 1
- 239000012279 sodium borohydride Substances 0.000 description 1
- 229910000033 sodium borohydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 150000003511 tertiary amides Chemical class 0.000 description 1
- NMFKEMBATXKZSP-UHFFFAOYSA-N thieno[3,2-b]thiophene Chemical compound S1C=CC2=C1C=CS2.S1C=CC2=C1C=CS2 NMFKEMBATXKZSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000005259 triarylamine group Chemical group 0.000 description 1
- WDVUXWDZTPZIIE-UHFFFAOYSA-N trichloro(2-trichlorosilylethyl)silane Chemical compound Cl[Si](Cl)(Cl)CC[Si](Cl)(Cl)Cl WDVUXWDZTPZIIE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZDHXKXAHOVTTAH-UHFFFAOYSA-N trichlorosilane Chemical compound Cl[SiH](Cl)Cl ZDHXKXAHOVTTAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005052 trichlorosilane Substances 0.000 description 1
- AVYKQOAMZCAHRG-UHFFFAOYSA-N triethoxy(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-tridecafluorooctyl)silane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CCC(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F AVYKQOAMZCAHRG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QQQSFSZALRVCSZ-UHFFFAOYSA-N triethoxysilane Chemical compound CCO[SiH](OCC)OCC QQQSFSZALRVCSZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WVMSIBFANXCZKT-UHFFFAOYSA-N triethyl(hydroxy)silane Chemical compound CC[Si](O)(CC)CC WVMSIBFANXCZKT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
- H10K10/40—Organic transistors
- H10K10/46—Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
- H10K10/462—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs]
- H10K10/484—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs] characterised by the channel regions
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
- H10K10/80—Constructional details
- H10K10/82—Electrodes
- H10K10/84—Ohmic electrodes, e.g. source or drain electrodes
Landscapes
- Thin Film Transistor (AREA)
Abstract
Un composant électronique comporte une couche mince active (5) constituée d'un matériau semi-conducteur organique dopé par au moins un type électrons ou trous de porteurs de charges résiduels et dans laquelle est formée au moins une zone de conductivité réduite (9a ,9b). La zone de conductivité réduite (9a, 9b) est constituée par le matériau semi-conducteur organique déplété de ses porteurs de charges résiduels par une couche mince inhibitrice de conductivité (8a, 8b), mise en contact avec ladite zone (9a, 9b) et munie d'au moins un type de groupement chimique présentant : - une affinité électronique supérieure ou égale à celle du matériau semi-conducteur organique si les porteurs de charges résiduels sont de type électrons - et un potentiel d'ionisation inférieur ou égal au potentiel d'ionisation du matériau semi-conducteur organique si les porteurs de charges sont de type trous.
Description
1
Formation d'une zone de conductivité électrique réduite dans un matériau semi-conducteur organique dopé par au moins un type de porteurs de charges résiduels. Domaine technique de l'invention
L'invention concerne un procédé de fabrication d'un composant électronique comportant la réalisation dans une couche mince active constituée d'un 10 matériau semi-conducteur organique dopé par au moins un type électrons ou trous de porteurs de charges résiduels, d'au moins une zone présentant une conductivité électrique inférieure à la conductivité électrique du reste de la couche mince active.
15 L'invention concerne également un composant électronique comportant une couche mince active constituée d'un matériau semi-conducteur organique dopé par au moins un type électrons ou trous de porteurs de charges résiduels, dans laquelle est formée au moins une zone présentant une conductivité électrique inférieure à la conductivité électrique du reste de la 20 couche mince active.
État de la technique
25 Les composants électroniques intègrent, de plus en plus, des matériaux semi-conducteurs organiques en remplacement des matériaux semi-conducteurs inorganiques habituellement utilisés, comme le silicium. L'utilisation des matériaux semi-conducteurs organiques permet, en effet, d'obtenir un large panel de propriétés électroniques et physico-chimiques, 30 grâce aux nombreuses possibilités offertes par la chimie. De plus, le caractère soluble de ces matériaux ainsi que le fait de pouvoir les mettre en oeuvre à basse température (<100°C) autorisent leur dépôt sur des substrats5
en plastique souple et par voie humide, en particulier en utilisant des techniques d'impression issues de l'industrie graphique.
Les composants électroniques comprenant des matériaux semi-conducteurs organiques sont, alors, appelés des composants électroniques organiques. Ce sont, par exemple, des diodes électroluminescentes organiques (OLEDs), des transistors à effet de champ organiques (OFETs), des cellules solaires organiques (OSCs), des cellules photosensibles organiques, des capteurs chimiques, physiques ou biologiques organiques.
En particulier, les matériaux semi-conducteurs organiques sont des matériaux organiques, tels que des petites molécules organiques, des oligomères ou des polymères. Ils peuvent être sous forme amorphe, semicristalline, polycristalline, cristalline,... et leurs propriétés électriques s'apparentent à celles des matériaux semi-conducteurs inorganiques. Ainsi, les semi-conducteurs organiques possèdent une conductivité électrique qui est proportionnelle à leur mobilité et à la densité de porteurs de charge présents dans le semi-conducteur, selon la formule : =Nep avec : - a est la conductivité du matériau semi-conducteur organique, - e est la charge d'un électron, - p est la mobilité intrinsèque du matériau semi-conducteur organique - et N est la concentration en porteurs de charge mobiles par unité de volume dans le matériau semi-conducteur organique. Ainsi, à mobilité intrinsèque (p) constante, plus la concentration en porteurs de charge mobiles (N) est grande, plus la conductivité (a) augmente.
De plus, pour une couche en matériau semi-conducteur organique isolée, c'est-à-dire non comprise dans un dispositif électronique, ces porteurs de charge, qui peuvent être des électrons (électrons x*) et/ou des trous 3
(électrons t non pairés), sont issus d'un dopage, qui peut être contrôlé ou non contrôlé, du matériau semiconducteur organique.
De manière non exhaustive, le dopage peut provenir de composants présents dans l'environnement du matériau semi-conducteur organique tels que l'oxygène, l'ozone, les composés nitrés, les composés carbonés... II peut également provenir de résidus de produits chimiques issus de la synthèse du matériau semi-conducteur organique tels que les résidus de catalyseurs, les composés secondaires issus de la synthèse, .... Il peut aussi io provenir d'un ajout contrôlé d'éléments dopants. Cependant, il est à noter que le dopage contrôlé des matériaux semi-conducteurs organiques est difficile à maîtriser et que le dopage de ces matériaux est le plus souvent de nature non-contrôlée.
15 Comme représenté sur la figure 1, les matériaux semi-conducteurs organiques présentent, parmi leurs orbitales moléculaires, deux orbitales frontières : - l'orbitale appelée HOMO ( highest occupied molecular orbital ) correspondant à la plus haute (en énergie) orbitale moléculaire occupée 20 par un électron ou par un doublet d'électron - et l'orbitale LUMO ( lowest unoccupied molecular orbital ) correspondant à la plus basse (en énergie) orbitale moléculaire inoccupée par un électron.
25 Le niveau d'énergie de l'orbitale LUMO par rapport au niveau du vide (E=0) correspond à l'affinité électronique du matériau (EAF sur la figure 1) tandis que le niveau d'énergie de l'orbitale HOMO par rapport au niveau du vide (E=0) correspond au potentiel d'ionisation du matériau (Ep1 sur la figure 1). De plus, comme pour les matériaux semi-conducteurs inorganiques, il existe 30 une bande interdite entre les deux orbitales LUMO et HOMO. Par ailleurs, de manière conventionnelle, les valeurs d'énergie des orbitales HOMO et LUMO sont exprimées en valeurs négatives alors que les valeurs d'énergie de l'affinité électronique EAF et du potentiel d'ionisation Ep, sont exprimées en valeurs positives.
Pour réaliser un composant électronique organique, il est souvent nécessaire 5 de réaliser des zones isolantes électriques adjacentes à des zones semi-conductrices formées par le matériau semi-conducteur organique.
Pour cela, le matériau semi-conducteur organique peut être déposé localement dans des zones prédéfinies par un motif prédéterminé. Lesdites 10 zones forment alors les zones semi-conductrices, tandis que les zones où le matériau semi-conducteur organique n'a pas été déposé correspondent à des zones isolantes.
Dans ce cas, le matériau semi-conducteur organique peut, par exemple, être 15 déposé par des techniques d'impression, telles que la technique d'impression par jet d'encre, par sérigraphie, par héliographie, par pulvérisation, par impression offset,...
Cependant l'utilisation de ces techniques d'impression, notamment pour 20 réaliser des dépôts de couches en matériau semi-conducteur organique, pose certains problèmes.
En particulier, ces techniques sont difficiles à mettre en oeuvre pour réaliser localement des zones semi-conductrices de petites surfaces, par exemple 25 inférieures à 25 mm2. Dans ce cas, il est, en effet, difficile d'obtenir des zones semi-conductrices ayant une épaisseur homogène. En particulier, avec les techniques d'impression, il apparaît des phénomènes topologiques non désirés sur les bords du dépôt. Ces phénomènes sont connus sous le nom anglo-saxon de coffee ring . II est, de plus, difficile de contrôler la 30 morphologie et la microstructure cristalline du matériau semi-conducteur organique déposé par impression par jet d'encre, comme rapporté par J.A. Lim et al dans l'article Self-Organization of Ink-jet-Printed
Triisopropylsilylethynyl Pentacene via Evaporation-Induced Flows in a Drying Droplet (Adv. Funct. Mater. (2008), 18, 229-234) pour le matériau semi-conducteur organique TIPS PEN (6,13-bis(triisopropylsilylethynil)pentacène). Or, l'épaisseur et la morphologie du semi-conducteur organique ont une très forte influence sur les propriétés électriques finales des composants électroniques.
Selon une autre technique, des zones isolantes peuvent être réalisées dans une couche en matériau semi-conducteur organique préalablement déposée, en éliminant localement le matériau semi-conducteur organique dans des zones définies selon un motif prédéterminé, par exemple par ablation laser ou par les techniques bien connues de lithographie. Lesdites zones forment alors les zones isolantes, tandis que les zones où le matériau semi-conducteur a été conservé forment les zones semi-conductrices.
Cette technique a aussi ses inconvénients : Dans le cas de l'ablation laser, il peut y avoir des résidus du matériau semi-conducteur liés à l'ablation laser et qui peuvent dégrader les performances des composants électroniques. Il peut aussi se produire une ablation non contrôlée des couches inférieures...
Dans le cas de l'utilisation des techniques de lithographie, le choix des solvants pour déposer la résine est souvent délicat, dans la mesure où ce solvant peut dissoudre ou dégrader la couche en matériau semi-conducteur organique sous-jacente. De plus, l'utilisation de doses de rayonnements ultraviolets pour insoler les résines de photolithographie peut également dégrader les performances du matériau semi-conducteur organique.
Objet de l'invention L'invention a pour but de proposer un nouveau procédé de fabrication d'un composant électronique comportant, dans une couche mince active constituée d'un matériau semi-conducteur organique dopé par au moins un
type électrons ou trous de porteurs de charges résiduels, au moins une zone présentant une conductivité électrique inférieure à la conductivité électrique du reste de la couche mince active, remédiant également aux inconvénients des procédés selon l'art antérieur.
En particulier, l'invention a pour but de réaliser, avec précision et simplement, au moins une zone de conductivité électrique plus faible et avantageusement isolante électriquement, dans une couche mince active en matériau semi-conducteur organique, lors de la fabrication d'un composant ~o électronique comprenant, par exemple, un transistor à effet de champ.
Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que ladite zone est obtenue par la mise en contact d'au moins une partie d'une première face de la couche mince active avec une couche mince inhibitrice de conductivité électrique, 15 ladite couche mince inhibitrice de conductivité électrique étant munie d'au moins un type de groupements chimiques présentant : - une affinité électronique supérieure ou égale à celle du matériau semi-conducteur organique si les porteurs de charges résiduels sont de type électrons 20 - et un potentiel d'ionisation inférieur ou égal au potentiel d'ionisation du matériau semi-conducteur organique si les porteurs de charges sont de type trous.
Selon un premier développement de l'invention, la couche mince inhibitrice 25 de conductivité est munie de groupements chimiques réducteurs, pour un matériau semi-conducteur organique dopé par des porteurs de charges résiduels de type trous.
Selon un second développement de l'invention, la couche mince inhibitrice 30 de conductivité est munie de groupement chimiques oxydants, pour un matériau semi-conducteur organique dopé par des porteurs de charges résiduels de type électrons.
Avantageusement, selon les premier et/ou second développements, les groupements chimiques réducteurs et/ou oxydants présentent un potentiel d'oxydo-réduction supérieur ou égal au potentiel de réduction du matériau semi-conducteur organique dans son état neutre et inférieur ou égal au potentiel d'oxydation du matériau semi-conducteur organique dans son état neutre.
Selon une autre caractéristique de l'invention, pour un matériau semi-conducteur organique dopé par des porteurs de charges résiduels de type trous, la couche mince inhibitrice de conductivité électrique est munie de groupements chimiques basiques selon Lewis présentant un niveau d'énergie de l'orbitale HOMO supérieur ou égal au niveau d'énergie de l'orbitale HOMO du matériau semi-conducteur et inférieur ou égal au niveau 15 d'énergie de l'orbitale LUMO du matériau semi-conducteur.
De même, pour un matériau semi-conducteur organique dopé par des porteurs de charges résiduels de type électrons, la couche mince inhibitrice de conductivité est munie de groupement chimiques acides selon Lewis 20 présentant un niveau d'énergie de l'orbitale LUMO supérieur ou égal au niveau d'énergie de l'orbitale HOMO du matériau semi-conducteur et inférieur ou égal au niveau d'énergie de l'orbitale LUMO du matériau semi-conducteur.
25 Ce but est également atteint par un composant électronique comportant une couche mince active constituée d'un matériau semi-conducteur organique dopé par au moins un type électrons ou trous de porteurs de charges résiduels, dans laquelle est formée au moins une zone présentant une conductivité électrique inférieure à la conductivité électrique du reste de la 30 couche mince active, caractérisé en ce que ladite zone est constituée par le matériau semi-conducteur organique dont la conductivité électrique est réduite par mise en 8
contact avec une couche mince inhibitrice de conductivité électrique munie d'au moins un type de groupements chimiques présentant : une affinité électronique supérieure ou égale à celle du matériau semi-conducteur organique si les porteurs de charges résiduels sont de type électrons - et un potentiel d'ionisation inférieur ou égal au potentiel d'ionisation du matériau semi-conducteur organique si les porteurs de charges sont de type trous.
Description sommaire des dessins
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 représente schématiquement les orbitales LUMO et HOMO d'un matériau semi-conducteur organique, ainsi que le potentiel d'ionisation (Epi) et l'affinité électronique (EAF). - la figure 2 représente l'échelle des potentiels d'oxydoréduction pour les couples SC+/SC, A+/A, B/B" et SC/SC-. la figure 3 représente schématiquement des niveaux d'énergie des orbitales LUMO et HOMO d'un acide et d'une base selon Lewis en comparaison à ceux d'un matériau semi-conducteur organique. les figures 4 et 5 représentent schématiquement et en coupe un transistor à effet de champ organique, respectivement sans et avec une couche mince inhibitrice. les figures 6 et 7 représentent schématiquement une vue de dessous d'un transistor à effet de champ organique, selon deux configurations possibles pour le canal. les figures 8 à 12 représentent schématiquement et en coupe des variantes de réalisation de transistors à effet de champ organiques. 9
- les figures 13 et 14 représentent deux transistors à effet de champ organiques, respectivement sans et avec modification superficielle du substrat. la figure 15 représente les courbes de transfert en régime linéaire des 5 deux transistors selon les figures 13 et 14.
Description de modes particuliers de réalisation Lors de la fabrication d'un composant électronique comprenant au moins une couche mince, avantageusement continue, constituée d'un matériau semi-conducteur organique, au moins une zone particulière est réalisée dans ladite couche mince. 15 Cette zone présente, en particulier, une conductivité électrique inférieure à celle du reste de la couche mince en matériau semi-conducteur organique. Elle est, pour des raisons de clarté, appelée zone de conductivité réduite dans le reste de la description. Avantageusement, la zone de conductivité 20 réduite présente une conductivité électrique très inférieure à celle du reste de la couche mince et elle est, plus avantageusement encore, considérée comme une zone isolante électriquement. Dans le cadre de l'invention, on entend préférentiellement qu'une valeur de conductivité électrique est inférieure à une autre valeur, lorsqu'elle est 100 fois plus faible, tandis que 25 l'ordre de grandeur est d'au moins 10000 fois plus faible pour l'expression très inférieure ou zone isolante .
Ainsi, la zone de conductivité réduite est réalisée par contact d'au moins une partie d'une face de la couche mince active avec une autre couche mince, 30 destinée à réduire et avantageusement à inhiber localement la conductivité électrique du matériau semi-conducteur organique. Cette couche mince est 10
plus particulièrement appelée couche mince inhibitrice de conductivité électrique ou couche mince inhibitrice dans le reste de la description.
La couche mince inhibitrice est munie d'au moins un type de groupements chimiques ayant la capacité de capter (ou de piéger) les porteurs de charges résiduels présents dans la couche mince active en matériau semi-conducteur organique, afin d'abaisser localement la conductivité électrique du matériau semi-conducteur. Préférentiellement, le type de groupements chimiques présente la capacité de capter de manière irréversible lesdits porteurs de charges résiduels.
Le matériau semi-conducteur organique est, de préférence, un semi-conducteur intrinsèque, c'est-à-dire un semi-conducteur non dopé intentionnellement. Par contre, il possède, par le biais d'un dopage non intentionnel, une conductivité électrique non nulle. Ainsi, le matériau semi-conducteur organique comporte au moins un type de porteurs de charge résiduels. Le type de porteurs de charge résiduels peut être positif, ce qui correspond à un transport de trous. Dans ce cas, un tel type de porteurs de charge sera nommé type trous dans le reste de la description. Le type de porteurs de charge résiduels peut être négatif, ce qui correspond à un transport d'électrons et il est nommé dans le reste de la description type électrons .
À titre d'exemple, le matériau semi-conducteur organique peut être un polymère, tel que le polytriarylamine (PTAA) ou un de ses dérivés (par exemple le TFB correspondant au polymère poly(9,9-d ialkylfluorene-alttriarylamine)) ou bien un polythiophène, comme le P3HT (poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)) qui est un matériau semi-conducteur dopé de type trous, le PQT (poly(3,3-didodecylquarterthiophène) ou le PBTTI- (poly[2,5-bis(3-alkylthiophen-2-yl)thieno(3,2-b)thiophène]).
Le matériau semi-conducteur organique peut également être une petite molécule ou un oligomère, tel que le pentacène ou un de ses dérivés, par exemple le TIPS-pentacène (tri-isopropylsilylethynyl-pentacène), un anthradithiophène ou un de ses dérivés tels qu'un anthradithiophène fonctionnalisé avec un ou plusieurs atomes de fluor (FADT), un acène diimide, un pérylene diimide tel que le PDI8CN2 qui est un matériau semi-conducteur dopé type électrons.
Le matériau semi-conducteur organique peut également comporter les deux types, électrons et trous, de porteurs de charge résiduels. Les matériaux ayant un faible gap électronique, typiquement inférieur à 2eV) peuvent, par exemple, être propices à la présence de deux types de porteurs de charge résiduels. On peut cité le polymère poly{[N,N'-bis(2-octyldodecyl)-naphtalene-1,4, 5, 8-bis(dicarboximide)-2,6-diyl]alt-5,5'-(2,2'-bithiophene)}, également connu sous le nom P(NDI2OD-T2), ou le polymère poly(3,9-ditert-butylindeno[1,2-b]fluorène, également connu sous le nom PIF.
De plus, comme mentionné ci-dessus, la couche mince inhibitrice de conductivité, avec laquelle une partie du matériau semi-conducteur organique est mise en contact pour réaliser au moins une zone de conductivité réduite, est munie d'au moins un type de groupements chimiques prédéterminé, apte à réduire la conductivité électrique, voir à dépléter, par simple contact le matériau semi-conducteur organique. Le type de groupements est donc choisi en fonction du matériau semi-conducteur organique.
Plus particulièrement, le type de groupements chimiques de la couche mince inhibitrice de conductivité est choisi en fonction du type de porteurs de charge résiduels du matériau semi-conducteur organique. II est, plus particulièrement, choisi de manière à présenter : - une affinité électronique supérieure ou égale à celle du matériau semi-conducteur organique si les porteurs de charges résiduels sont de type électrons - et un potentiel d'ionisation inférieur ou égal au potentiel d'ionisation du 5 matériau semi-conducteur organique si les porteurs de charges sont de type trous. La concentration en groupements chimiques présents à la surface de la couche mince inhibitrice est, avantageusement, au moins du même ordre de grandeur que la concentration en porteurs de charge résiduels présents dans 10 le matériau semi-conducteur organique.
Il a également été trouvé qu'il pouvait avantageusement être choisi parmi des groupements chimiques oxydoréducteurs et/ou acido-basiques selon Lewis. De plus, le caractère oxydant ou réducteur et/ou le caractère acide ou 15 basique selon Lewis du type de groupements chimiques choisi dépend du type de porteurs de charge résiduels compris dans le matériau semi-conducteur organique.
En effet, un acide de Lewis et l'oxydant d'un couple oxydo-réducteur sont 20 des groupements susceptibles d'accepter un ou plusieurs électrons, tandis qu'une base de Lewis et le réducteur d'un couple oxydo-réducteur sont des groupements susceptibles de donner un ou plusieurs électrons. Par conséquent, pour un matériau semi-conducteur organique comportant des porteurs de charge résiduels de type trous, la couche mince inhibitrice 25 comportera, avantageusement, un type de groupements chimiques destiné à jouer le rôle d'agent inhibiteur de trous (noté A sur la figure 2) tel qu'un réducteur et/ou une base de Lewis. À l'inverse, pour un matériau semi-conducteur organique comportant des porteurs de charge résiduels de type électrons, la couche mince inhibitrice comportera, de préférence, un type de 30 groupements chimiques destiné à jouer le rôle d'agent inhibiteur d'électrons (noté B sur la figure 2), tel qu'un oxydant et/ou un acide de Lewis. Enfin, dans le cas d'un matériau semi-conducteur organique comportant des porteurs de charge résiduels de type électrons et trous, la couche mince inhibitrice pourra comporter non seulement au moins un type de groupements chimiques réducteur et/ou base de Lewis et au moins un type de groupements chimiques oxydant et/ou acide de Lewis.
Dans le cas des groupements chimiques de type oxydo-reducteur, leur potentiel d'oxydoréduction doit être supérieur ou égal au potentiel d'oxydoréduction du couple SC/SC-, avec SC et SC- correspondant audit matériau semi-conducteur, respectivement dans son état neutre et avec une charge négative. Le potentiel d'oxydoréduction du groupement chimique doit, de plus, être inférieur ou égal au potentiel d'oxydoréduction du couple SC+/SC avec SC+ correspondant au matériau semi-conducteur avec une charge positive.
Ainsi, dans le cas d'un matériau semi-conducteur comportant des porteurs de charges type trous, le groupement chimique sélectionné est un réducteur A d'un couple rédox A+/A ayant un potentiel d'oxydoréduction noté EA+/A et répondant à la formule suivante : SC A+/A SC+ E red<E sE red EA+/A doit être supérieur ou égal au potentiel de réduction du semi-conducteur dans son état neutre ESCred, car, dans le cas contraire, il y aurait un risque de dopage, ce qui irait à l'encontre de l'effet recherché. De plus, ce potentiel doit être inférieur ou égal au potentiel de réduction des charges positives dans le semi-conducteur, afin de piéger les porteurs de charge
résiduels de type trous. Dans le cas d'une charge résiduelle de type trous, celle-ci peut aussi être captée par un groupement basique suivant Lewis si le niveau d'énergie de l'orbitale HOMO (EHOMOBase sur la figure 3) de ce groupement est supérieur ou égal à celui de l'orbitale HOMO du matériau semi-conducteur organique (EHOMOSC sur la figure 3) et inférieur ou égal au niveau d'énergie de l'orbitale LUMO dudit matériau semi-conducteur organique( ELuMOSC sur la figure 3) :
EHOMOSC SEHOMObase SELUMOSC
Rappelons que de manière conventionnelle, les valeurs d'énergie des orbitales HOMO et LUMO sont exprimées en eV et en valeurs négatives alors que les potentiels d'ionisation et l'affinité électronique sont exprimés en valeurs positives. II faut également noter, comme indiqué sur la figure 3, qu'un porteur de charge résiduel de type trou correspond à un polaron positif qui présente une énergie approximativement équivalente à celle du niveau d'énergie de l'orbitale HOMO du matériau semi-conducteur organique (à environ 0.2eV près). De préférence, le groupement chimique choisi sera de nature base molle selon la classification HSAB.
À titre d'exemple, dans le cas d'un matériau semi-conducteur comportant des charges résiduelles de type trous, les groupements chimiques peuvent être des groupements réducteurs et/ou bases de Lewis tels que : a) un groupement de type silane fonctionnalisé appartenant, par exemple, aux groupements suivants : * aikoxysilane : par exemple un aminosilane tel que l'aminopropyltriméthoxysilane, l'aminopropyltriethoxysilane), un glycidosilane (ex. : (3-g lycidoxypropyl)-dimethyl-ethoxysilane), un marcaptosilane (ex. : (3-mercaptopropyl)-trimethoxysilane, (3-mercaptopropyl)-methyl-dimethoxysilane), * chlorosilane : par exemple, le 1,2-bis(trichlorosilyl)ethane, * disilazane : par exemple, l'hexamethyldisilazane, b) un groupement amine tel que : * amine primaire : hexylamine, aminopropyltrimethoxysilane, * amine secondaire : methylethylamine, 3-[2-(2-Aminoéthylamino)ethylamino]propyltrimethoxysilane * amide tertiaire : tri-p-tolylamine, dérivé du triarylamine 30 triethoxysilane (TAAS), [3- (Diethylamino)propyl]trimethoxysilane), 15
* nitrile : 3-Cyanopropyltrichlorosilane, 3-Cyanopropyltriethoxysilane, * amide : éthylamide, * imine primaire ou secondaire * imide : phtalimide, * uréthane : 1-[3-(Trimethoxysilyl)propyl]urea, * isocyanate, * groupement azo- ou diazo, * pyridyle : pyridine io c) un groupement de type organophosphoré comme les organophosphines (par exemple la triphényl phosphine). d) un groupement de type hydrure (par exemple AILiH4, NaBH4).
Selon un premier exemple, une partie d'une couche mince active en TFB 15 (poly[9,9-dioctyl-fluorene-co-N-(4-butylphenyl)-diphenylamine]) de 100nm d'épaisseur est mise en contact avec une couche mince inhibitrice comprenant, comme groupement chimique inhibiteur de conductivité, un composé de type triphénylamine, tel que la molécule de tri-p-tolylamine, pour rendre ladite partie de la couche mince active isolante. Le TFB et le tri-p- 20 tolyamine possèdent respectivement un potentiel d'ionisation de 5,5eV et de 5,2eV, ce qui permet de transférer les porteurs de charge de type trous du TFB vers le tri-p-tolyamine et donc de diminuer la conductivité de la partie du TFB en contact avec le tri-p-tolyamine.
25 Selon un second exemple, une partie d'une couche mince active constituée par un dérivé du PTAA (polytriarylamine) est rendue isolante en la mettant en contact avec le composé aminopropyltrimethoxysilane.
Selon un autre exemple, une partie d'une couche mince active constituée par 30 un composé comprenant un dérivé du pentacène soluble type bis(triisopropylsilylethynyl) pentacène (TIPS) ou 5,11-bis (triethylsilylethynyl) anthradithiophene fluoré (FADT) et le type de groupements chimiques peut
être un dérivé de la molécule de tri-p-tolyamine ou de l'aminopropyltriméthoxysilane.
Dans le cas d'un matériau semi-conducteur comportant des porteurs de charges résiduelles de type électrons, le groupement chimique adapté peut être l'oxydant B d'un couple rédox B/B- ayant un potentiel d'oxydoréduction noté EB/B- et répondant à la formule suivante : ESC-ox EB/B- ESCox EB/B- ne doit, en effet, pas être supérieur au potentiel d'oxydation du semi-conducteur dans son état neutre ESCox. Dans le cas contraire, il y a un risque de dopage, ce qui irait à l'encontre de l'effet recherché. De plus, ce potentiel doit être supérieur ou égal au potentiel d'oxydation des charges négatives dans le matériau semi-conducteur, afin de piéger les porteurs de charge résiduels de type électrons. 15 De même, l'inhibition de la conductivité électrique dans un matériau semi-conducteur comportant des porteurs de charges résiduelles de type électrons peut être réalisée par une couche mince inhibitrice comprenant un acide selon Lewis, avec un niveau d'énergie de l'orbitale LUMO (ELUMOAcide 20 sur la figure 3) inférieur ou égal à celui de l'orbitale LUMO du matériau semi-conducteur organique (ELUMOSC sur la figure 3) et supérieur ou égal au niveau d'énergie de l'orbitale HOMO du matériau semi-conducteur organique (EHOMOSC sur la figure 3) : EHOMOSC 5 ELUMOacide ELUMOSC 25 II faut également noter, comme indiqué sur la figure 3, qu'un porteur de charge résiduel de type électron correspond à un polaron négatif qui présente une énergie approximativement équivalente à celle du niveau d'énergie de l'orbitale LUMO du matériau semi-conducteur organique (à environ 0.2eV près). De préférence, le groupement chimique est choisi de 30 manière à être de nature acide mou selon la classification HSAB. 17
À titre d'exemple, dans le cas d'un matériau semi-conducteur SC comportant des charges résiduelles négatives (de type électrons), le type de groupement chimique peut être un oxydant ou un acide de Lewis: a) un groupement silane fonctionnalisé appartenant par exemple aux groupements suivants : * alkoxysilanes : par exemple l'aminopropyltriméthoxysilane ou l'aminopropyltriéthoxysilane, * disilazane : par exemple l'hexaméthyldisilazane, * chlorosilane : par exemple le 1, 2-Bis(trichlorosilyl)ethane *silanol: par exemple SiO2, verre, sol-gel, triéthylsilanol, trichlorosilane oxydé. b) d'un groupement oxygéné appartenant, par exemple, aux groupements suivants : alcool, phénol, carbonyle, acide carboxylique, hydroperoxyde, anhydride phtalique, époxy, éther, lactone, aldéhyde, cétone, isocyanate, phosphodiéster, c) d'un organo-métallique, tel qu'un catalyseur Ziegler-Natta (MgCl2, (C2H5)3AI), un catalyseur métallocène (M(C2H5)2, avec M = Cr, Fe, Co, Ni, Zr, Ti, V, Mo, W, Zn), d) un groupement halogène : F, CI, Br, I, tel qu'un fluoroalcane (ex. dimethoxy-methyl(3,3,3-trifluoropropyl)silane, 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyltriethoxysilane, dérivé du pentafluorobenzène...)
Selon un exemple particulier, une partie d'une couche mince active en PDI8CN2 (N, N'-bis(n-octyl)-(1,7&1,6)-dicyanoperylene-3,4:9,10- bis(dicarboximide)) est rendue isolante, en la mettant en contact avec la surface d'un substrat en polyéthylènenaphtalate (également noté PEN), activée par traitement par plasma d'oxygène, afin de créer en surface des groupements carboxyliques, hydroxyles, hydroperoxyde, carbonyl, greffés sur des groupements aliphatiques ou aromatiques.
Réaliser au moins une zone de conductivité réduite dans une couche mince active en matériau semi-conducteur organique, par simple mise en contact 18
avec une surface ayant au moins un groupement chimique adapté et choisi pour permettre une déplétion locale du matériau semi-conducteur organique, présente de nombreux avantages par rapport aux techniques selon l'art antérieur. Cela permet, en particulier, de s'affranchir : des problèmes liés à la localisation des zones semi-conductrices. En effet, dans le cadre de la présente invention, la couche mince active en matériau semi-conducteur organique n'est déposée sélectivement et localement. C'est, plus particulièrement, la couche mince inhibitrice de conductivité qui est formée localement. Or, les contraintes pour localiser la couche mince inhibitrice de conductivité sont moins grandes que celles liées à la localisation d'une zone en matériau semi-conducteur qui est, en général, la zone active dans un composant électronique. Ainsi, la couche mince active peut être, avantageusement, déposée en pleine couche ou même localement mais avec des résolutions et des tailles de motifs plus grandes. La délimitation de la zone semi-conductrice active dans le composant électronique est, alors, réalisée par la mise en contact d'une partie prédéterminée de la couche mince active avec la couche mince inhibitrice de conductivité. - de certains effets topologiques inhérents aux dépôts localisés, qui vont dans le sens de la diminution des performances des composants électroniques, tels que les transistors à effet de champ organique. des problèmes de cristallisation et de morphologie, liés aux méthodes de dépôt localisé standard (en particulier par impression), et des problèmes liés à la suppression de couche, notamment par ablation laser ou lithographie.
Enfin, cette technique n'implique pas de modification chimique spécifique du matériau semi-conducteur ou de modification physico-chimique de la formulation de l'encre contenant le matériau semi-conducteur, ce qui pourrait diminuer les performances des semi-conducteurs organiques. 19
La formation localisée de la ou des couches minces inhibitrices dans le composant électronique peut être réalisée par de nombreux modes de réalisation.
En particulier, cette étape peut être réalisée par une technique de dépôt sélectif, directement sur les parties prédéterminées d'un support. À titre d'exemple, elle peut être déposée par des techniques d'impressions usuelles par voie humide ou sèche : par trempage, par dépôt à la tournette également connu sous le nom anglo-saxon de spin-coating , par revêtement par immersion également connu sous le nom anglo-saxon de dip coating , par dépôt par goutte, également connue sous le nom anglo-saxon de 15 drop casting , par pulvérisation également connu sous le nom anglo-saxon de spray coating , par jet d'encre, par sérigraphie, 20 par héliographie, par impression offset, par estampillage, par tamponnage (stamping, micro-stamping), par évaporation, 25 par électrogreffage, etc...
II est, aussi, possible de déposer localement une couche mince inhibitrice de conductivité sous forme d'une couche monoatomique autoasemblée connue sous l'acronyme anglo-saxon SAM . Ces techniques peuvent être utilisées directement ou bien en combinaison avec une technique de masquage, afin de définir les zones du support à ne 30
pas recouvrir. À titre d'exemple, la zone du support destinée à ne pas être recouverte par le matériau de la couche mince inhibitrice peut être masquée en déposant un matériau sacrificiel spécifique qui sera retiré ensuite. Ce matériau sacrificiel ne doit pas être soluble dans les solvants utilisés pour déposer la couche mince inhibitrice. Le matériau sacrificiel peut être, par exemple, déposé directement dans les zones souhaitées par une technique d'impression. II est également possible d'utiliser un matériau sacrificiel photosensible, qui sera localisé par insolation, développement puis retiré par lavage. Ce dernier cas est avantageux, car il permet de localiser finement les zones par insolation à travers un masque optique. Il est ainsi possible de diminuer de manière significative la résolution et la surface des zones où l'on souhaite déposer la couche inhibitrice. À titre d'exemple, pour déposer une couche mince inhibitrice de type SAM diluée dans le toluène, il est possible d'utiliser un matériau sacrificiel tel qu'une résine utilisée en photolithographie standard ou bien un polymère fluoré soluble principalement dans les solvants fluorés et insolubles dans les solvants usuels. La ou les couches minces inhibitrices peuvent aussi être formées par des techniques d'évaporation à travers un masquage mécanique ou d'autres types de masquage de type lithographie ou photolithographie.
La ou les couches minces inhibitrices peuvent aussi être déposées sur une surface plus large que celle visée, puis éliminée localement pour dégager certaines zones. Dans ce cas, l'élimination locale peut être réalisée par attaque chimique (solvant, acides, bases) ou par attaque physique tel qu'une attaque par plasma, par UV-ozone, par laser... II est également envisageable de modifier la surface du support, pour créer la ou les couches minces inhibitrices, puis de supprimer localement la surface modifiée, par exemple par ablation laser. De même, la (ou les) couche(s) mince(s) inhibitrice(s) peu(ven)t être déposée(s) sur la totalité de la surface du support et une couche inerte vis-à-vis de la couche mince active en matériau semi-conducteur est déposée localement sur des zones prédéterminées de la ou des couches minces inhibitrices.
La formation d'au moins une zone de conductivité réduite dans une couche mince active en matériau semi-conducteur organique est, en particulier, très avantageuse pour réaliser des composants électroniques comprenant au moins un transistor à effet de champ organique (OFET). Il est, en particulier, possible de localiser, simplement et avec précision, la ou les zones semi-conductrices dans la couche mince active et plus particulièrement au niveau du canal du transistor. De plus, les zones semi-conductrices réalisées peuvent être de petites dimensions sans que cela ne pose de problème de mise en oeuvre.
Dans certains cas, la couche inhibitrice peut être déposée intentionnellement uniquement dans le canal de transistor afin de rendre le transistor en question non opérationnel (non passant électriquement). Ce mode particulier de l'invention peut être utile pour certains types de circuits électriques nécessitants de condamner certains transistors ainsi que pour la réalisation de fonctions de codage ou mémoires. En outre, dans d'autres cas, il est possible de moduler la conductivité électrique et donc la résistivitié du matériau semi-conducteur organique entre deux électrodes conductrices. En partant d'un même matériau semi-conducteur organique et d'un même type d'électrodes métalliques, il est possible de réaliser des résistances ayant des valeurs de résistivité variables en fonction de la nature du matériau formant la couche mince inhibitrice. À titre de comparaison et d'illustration, les figures 4 et 5 illustrent un OFET dans une configuration dite grille haute et contacts bas, respectivement sans et avec des zones de conductivité réduite, réalisées dans la couche mince active.
Le transistor OFET 1 comprend, dans les deux cas, un substrat 2 à la surface duquel sont disposées deux électrodes 3 et 4, formant la source et le drain du transistor. L'intervalle disposé entre les deux électrodes 3 et 4 est 22
destiné à former le canal dudit transistor. De plus, l'OFET 1 comprend une couche mince active 5 en matériau semi-conducteur organique, une couche mince diélectrique 6 et une électrode 7 formant la grille du transistor. La couche mince active 5 a, par exemple, une épaisseur comprise entre 1 nm et plusieurs micromètres.
En plus, pour l'OFET représenté sur la figure 5, deux couches minces inhibitrices 8a et 8b ont été mises en contact avec la couche mince active 5, afin de former, dans ladite couche mince active 5, des zones 9a et 9b dont la conductivité est inhibée. En particulier, la réalisation de ces zones de conductivité réduite 9a et 9b dans la couche mince active 5 permet, avantageusement, de localiser avec précision et de manière simple la zone semi-conductrice au niveau du canal de l'OFET 1.
Pour le mode de réalisation représenté sur la figure 5, les deux couches minces inhibitrices 8a et 8b ont été déposées localement sur des parties prédéterminées de la surface libre du substrat 2, avant que la couche mince active 5 ne soit déposée. De plus, dans cet exemple, les deux couches minces inhibitrices 8a et 8b recouvrent chacune une partie des électrodes 3 et 4. Par contre, la partie de la surface libre du substrat 2, disposée entre les deux électrodes 3 et 4 (zone destinée à délimiter le canal du transistor), n'a pas été recouverte par les couches minces inhibitrices 8a et 8b. Les deux couches minces inhibitrices 8a et 8b ont, dans le cas particulier réprésenté à la figure 5, la même épaisseur. Avantageusement, elles sont constituées par le même matériau et elles comportent le ou les mêmes groupements chimiques, spécialement choisis pour dépléter le matériau semi-conducteur organique de la couche mince active.
Lors du dépôt de la couche mince active 5 sur le substrat 2, le matériau semi-conducteur organique est mis en contact avec le ou les groupements chimiques des couches minces inhibitrices 8a et 8b. Cette mise en contact provoque alors une diminution significative de la conductivité électrique du 23
matériau semi-conducteur organique dans les zones de la couches mince active 5 disposées sur les couches minces inhibitrices 8a et 8b. La modification de conductivité se fait par les interactions présentes à l'interface entre le matériau semi-conducteur organique et le ou les groupements chimiques, sans migration d'un composant dans l'autre. Ces zones correspondent, alors, dans la couche mince active 5, à des zones de conductivité électrique réduite et avantageusement isolantes, 9a et 9b. De plus, la diminution de la conductivité du matériau semi-conducteur organique dans ces zones 9a et 9b se produit, avantageusement, sur toute l'épaisseur de la couche mince active 5, c'est-à-dire depuis la face 5b en contact avec la couche diélectrique 6 jusqu'à la face 5c en contact avec la couche mince inhibitrice 8a ou 8b.
La forme des électrodes 3 et 4 ainsi que celles des zones isolantes 9a et 9b ne sont pas limitées à celles représentées sur la figure 5. Elles peuvent être de tout type. À titre d'illustration, les figures 6 et 7 représentent schématiquement deux modes particuliers de localisation de zones semi-conductrices en matériau organique dans le canal d'un transistor OFET ayant une architecture grille haute et contacts bas. Sur la figure 6, la formation d'une zone de conductivité réduite 9, dans une couche mince active en matériau semi-conducteur organique, permet de délimiter avec précision une zone semi-conductrice 5a formant le canal d'un transistor, sous une forme dite interdigitée . Chaque électrode 3 ou 4 comporte, en particulier, sur la figure 6, une partie principale 3a ou 4a, munie latéralement de 3 branches en saille 3b ou 4b, parallèles entre elles. De plus, les branches 3a de l'électrode 3 sont interdigitales aux branches 4a de l'électrode 4. Sur la figure 7, le canal du transistor est en forme de T . En particulier, chaque électrode 3 ou 4 comporte une partie principale 3a ou 4a, prolongée latéralement par une partie 3c ou 4c en forme de T, la base de la partie 3c en forme de T d'une électrode 3 étant disposée en regard de la partie 4c en forme de T de l'autre électrode 4. 24
Localiser, de manière précise et simple, la zone semi-conductrice dans le canal du transistor en réalisant les zones présentant une conductivité électrique réduite dans une même couche mince active continue présente de nombreux avantages.
En particulier, il permet de diminuer de manière significative (de plusieurs ordres de grandeur) le courant OFF dans le transistor (courant correspondant au transistor dans son état bloqué électriquement) et d'augmenter ainsi la dynamique du transistor, c'est-à-dire le rapport entre le courant ON et le courant OFF (rapport IONIIOFF), qui est un paramètre important pour la réalisation de circuits. De plus, cela permet de diminuer les effets d'hystérésis (effet de charges rémanentes) présents lors des mesures électriques des transistors. D'autre part, localiser avec précision et simplicité la zone semi-conductrice au niveau du canal de chaque transistor permet d'isoler électriquement les transistors les uns des autres et d'éviter les courts-circuits et capacités parasites qui vont nuire au bon fonctionnement des circuits électriques. En particulier, cela permet d'améliorer les performances des transistors unitaires et des circuits comportant plusieurs dizaines à plusieurs millions de transistors, en ajoutant en série la capacité de la zone de conductivité réduite à celle de la couche diélectrique.
Sur la figure 5, les couches minces inhibitrices 8a et 8b sont déposées sur le substrat 2, avant d'être recouvertes par dépôt par la couche mince active 5 en matériau semi-conducteur organique. Cependant, comme illustré sur les figures 8 à 12, la mise en contact entre la ou les couches minces inhibitrices et la couche mince active peut être réalisée selon d'autres modes de réalisation, en particulier en fonction de l'architecture désirée pour le transistor à effet de champ organique.
Ainsi, sur la figure 8, la couche mince active 5 est déposée directement sur le substrat 2 muni des électrodes 3 et 4, avant que des couches minces inhibitrices 8a et 8b ne soient formées sur la face libre 5b de la couche mince
active 5. Ainsi, la mise en contact est réalisée lors de la formation localisée des couches minces inhibitrices 8a et 8b sur la face 5b de la couche mince active 5.
Selon la variante de réalisation représentée sur la figure 9, deux couches minces inhibitrices de conductivité additionnelles 8c et 8d sont formées sur la couche mince active 5. La couche mince active 5 a été, comme pour le mode de réalisation représenté sur la figure 5, préalablement déposée sur un substrat 2 muni des électrodes 3 et 4 et de deux couches minces inhibitrices 8a et 8b. Plus particulièrement, la formation des couches minces additionnelles 8c et 8d est localisée sur des parties prédéterminées de la face libre 5b de la couche mince active 5. Ces parties prédéterminées sont disposées en regard des parties de la face 5c de la couche mince active 5 mises en contact avec les couches minces inhibitrices 8a et 8b préalablement formées sur le substrat 2.
Selon une autre variante de réalisation et comme représenté sur les figures 10 à 12, la couche mince active 5 peut être disposée non pas sous, mais sur la couche diélectrique 6. Dans ces trois modes de réalisation, l'électrode 7 formant la grille du transistor est formée sur le substrat 2 et est recouverte par la couche diélectrique 6 et les deux électrodes 3 et 4 formant la source et le drain du transistor sont formé sur la couche diélectrique 6. De plus, sur la figure 10, les deux couches minces inhibitrices 8a et 8b sont déposées sur la couche diélectrique 6 et elles recouvrent partiellement les électrodes 3 et 4, avant le dépôt de la couche mince active 5 tandis que, sur la figure 11, les deux couches minces inhibitrices 8a et 8b sont formées sur la couche mince active 5 une fois celle-ci ci déposée sur la couche diélectrique 6. Enfin, sur la figure 12, deux couches minces inhibitrices 8a et 8b sont formées sur la couche diélectrique 6, avant le dépôt de la couche mince active 5 et la formation des deux couches minces inhibitrices additionnelles 8c et 8d.
La réalisation des zones de conductivité réduite dans la couche mince active 5 peut être utilisée pour réaliser non seulement un transistor à effet de champ organique, mais aussi des circuits comprenant plusieurs transistors à effet de champ organiques. Cette technique peut, en effet, être utilisée pour réaliser des circuits unipolaires, c'est-à-dire à base d'un seul type de transistors (soit à canal N, c'est-à-dire transporteurs d'électrons, soit à canal P, c'est-à-dire transporteur de trous), mais également des circuits utilisant des transistors ambipolaires (c'est-à-dire pouvant transporter les électrons et les trous). Elle peut, aussi, être utilisée pour réaliser des circuits complémentaires, c'est-à-dire utilisant conjointement des transistors à canal N et des transistors à canal P.
À titre d'exemple, la réalisation d'un circuit complémentaire peut utiliser la mise en contact de plusieurs couches minces inhibitrices présentant chacune au moins un type de groupement chimique adapté en fonction du type de charges résiduelles présentent dans le semi-conducteurs, à savoir électrons et/ou trous. Ces différentes couches minces inhibitrices peuvent, avantageusement, être obtenues par dépôt ou bien en réalisant différents traitements de surface localisés du support, par exemple. Plus particulièrement, des première et seconde zones du substrat peuvent être traitées en surface selon des modes différents de réalisation, afin d'inhiber la conductivité des différents types de matériaux semi-conducteurs utilisés. Cependant, un seul traitement de surface peut aussi être réalisé afin d'inhiber les deux types de charges résiduelles, électrons et trous, en même temps. Dans certains cas, il est possible d'utiliser une couche mince inhibitrice destinée à inhiber le transport de trous pour un semi-conducteur destiné au transistors à canal P, cette couche pouvant aussi avoir un effet bénéfique pour le transport d'électrons si elle est située dans le canal des transistors à canal N. De même, Il est possible d'utiliser une couche mince inhibitrice destinée à inhiber le transport d'électrons pour un semi-conducteur destiné au transistors à canal N, cette couche pouvant aussi avoir un effet bénéfique pour le transport de trous si elle est située dans le canal des
transistors à canal P. Par effet bénéfique, on entend soit un effet neutre vis-à-vis du transport, soit un effet d'amélioration du transport.
Comme illustrés par les figures 13 à 15, deux transistors ont été testés électriquement afin de montrer l'aptitude d'une couche mince inhibitrice, disposée, dans ce cas particulier, dans le canal dudit transistor, à réduire la conductivité électrique de celui-ci
Ainsi, les transistors respectivement représentés sur les figures 13 et 14 comportent chacun un substrat 2 en polyéthylènenaphtalate (PEN). Les électrodes 3 et 4 formant la source et le drain sont en or. Le canal des deux transistors a une largeur de 9mm et une longueur de canal de 20pm. Le matériau semi-conducteur constituant la couche mince active 5 est un polymère semi-conducteur amorphe dérivé du polytriarylamine et bien approprié pour les transistors à canal P, à savoir conducteurs de trous. La couche diélectrique 6 est un polymère diélectrique à faible permittivité tandis que la grille conductrice est réalisée à l'aide une encre argent. Le transistor selon la figure 14 comporte une couche mince inhibitrice 8 obtenue en traitant la surface du substrat 2 avant le dépôt de la couche mince active 5 en matériau semi-conducteur organique. La surface du substrat 2 a ainsi été modifiée physiquement, par une activation par plasma d'oxygène rendant ladite surface polaire, afin de faciliter le greffage ou l'absorption d'un groupement chimique inhibiteur de trous. La surface du substrat 2 a, ensuite, été modifiée localement et chimiquement par greffage ou par absorption d'une couche mince inhibitrice de conductivité formée par une couche monoatomique autoassemblée de type APTS (aminopropyltriméthoxysilane). Cette couche SAM est obtenue par trempage de la surface à modifier dans une solution de d'APTS diluée à 0.1 % en volume dans du toluène pendant 3 minutes et à température ambiante. La surface est, ensuite, rincée abondamment à l'aide de toluène et d'isopropanol pour éliminer l'excédent d'APTS qui n'a pas été absorbé ou greffé à la surface du substrat 2. 28
Les deux transistors ainsi obtenus ont par la suite été testés électriquement. Sur la figure 15, les courbes A et B correspondent respectivement aux courbes de transfert des transistors des figures 13 et 14. Ces courbes représentent l'évolution du courant circulant entre le drain et la source et appelé lds en fonction de la tension de la grille notée Vg. Ainsi, la courbe B montre très clairement que le transistor selon la figure 14 présente un courant lds très faible par rapport au transistor selon la figure 13. Cela confirme donc que la présence de la couche d'APTS dans le transistor selon la figure 14 inhibe les propriétés de transport de trous du polymère semi-conducteur, alors que l'absence de cette couche donne de belles caractéristiques de transistor avec de forts courants. En d'autres termes, la présence de la couche d'APTS permet de diminuer significativement la conductivité du semi-conducteur de plus de quatre ordres de grandeur. Lorsque le transistor est en fonctionnement en mode d'accumulation, sans la 15 couche de d'APTS la conductivité est de l'ordre de 10-4 S/c,m alors que lorsque la couche d'APTS est présente la conductivité chute à des valeurs de l'ordre de 10-8 S/cm.
La technique exposée ci-dessus pour réaliser au moins une zone présentant 20 une conductivité électrique réduite dans une couche mince active en matériau semi-conducteur organique peut être utilisée pour réaliser des composants électroniques actifs tels que les transistors à effet de champ organiques mais également des OLEDs, des cellules photovoltaïques, des cellules photosensibles, divers types de capteurs, ainsi que des composants 25 électroniques passifs, tels que des résistances, des inductances, des capacités et utilisés dans les circuits électroniques à base d'un ou plusieurs matériaux organiques.
Enfin, à titre d'information, la mesure des potentiels ESCred et ESCoX d'un 30 matériau semi-conducteur organique permettent d'estimer approximativement et respectivement l'affinité électronique EAF et le potentiel d'ionisation El., dudit matériau. Les potentiels Escred et Escox peuvent être
mesurés en solution par la technique de voltampérométrie cyclique. D'autre part, l'affinité électronique EAF et le potentiel d'ionisation Ep1 peuvent être mesuré directement à partir d'un couche mince à l'état solide de semi-conducteur, en utilisant respectivement la spectroscopie par photoémission inverse (ou IPES pour Inverse Photoelectron spectroscopy ) et la spectroscopie par photoémission UV (ou UPS pour UV Photoemission Spectroscopy ).
Claims (16)
- Revendications1. Procédé de fabrication d'un composant électronique comportant la réalisation dans une couche mince active (5) constituée d'un matériau semi-conducteur organique dopé par au moins un type électrons ou trous de porteurs de charges résiduels, d'au moins une zone présentant une conductivité électrique inférieure à la conductivité électrique du reste de la couche mince active (9a, 9b, 9), caractérisé en ce que ladite zone (9a, 9b, 9) est obtenue par la mise en contact d'au moins une partie d'une première face (5c) de la couche mince active (5) avec une couche mince inhibitrice de conductivité électrique (8a, 8b), ladite couche mince inhibitrice de conductivité électrique (8a, 8b) étant munie d'au moins un type de groupements chimiques présentant : une affinité électronique supérieure ou égale à celle du matériau semi- conducteur organique si les porteurs de charges résiduels sont de type électrons et un potentiel d'ionisation inférieur ou égal au potentiel d'ionisation du matériau semi-conducteur organique si les porteurs de charges sont de type trous.
- 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche mince inhibitrice de conductivité est munie de groupements chimiques réducteurs, pour un matériau semi-conducteur organique dopé par des porteurs de charges résiduels de type trous.
- 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la couche mince inhibitrice de conductivité est munie de groupement chimiques oxydants, pour un matériau semi-conducteur organique dopé par des porteurs de charges résiduels de type électrons. 30
- 4. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les groupements chimiques réducteurs et/ou oxydants présentent un potentiel d'oxydo-réduction supérieur ou égal au potentiel de réduction du matériau semi-conducteur organique dans son état neutre et inférieur ou égal au potentiel d'oxydation du matériau semi-conducteur organique dans son état neutre.
- 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, pour un matériau semi-conducteur organique dopé par des porteurs de charges résiduels de type trous, la couche mince inhibitrice de conductivité électrique est munie de groupements chimiques basiques selon Lewis présentant un niveau d'énergie de l'orbitale HOMO supérieur ou égal au niveau d'énergie de l'orbitale HOMO du matériau semi-conducteur et inférieur ou égal au niveau d'énergie de l'orbitale LUMO du matériau semi- conducteur.
- 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, pour un matériau semi-conducteur organique dopé par des porteurs de charges résiduels de type électrons, la couche mince inhibitrice de conductivité est munie de groupement chimiques acides selon Lewis présentant un niveau d'énergie de l'orbitale LUMO supérieur ou égal au niveau d'énergie de l'orbitale HOMO du matériau semi-conducteur et inférieur ou égal au niveau d'énergie de l'orbitale LUMO du matériau semi-conducteur.
- 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la couche mince inhibitrice de conductivité électrique (8a, 8b) est une couche autoassemblée.
- 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la couche mince inhibitrice de conductivité (8a, 8b) est obtenue par traitement de surface d'un support.
- 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la couche mince inhibitrice de conductivité (8a, 8b) est déposée sur un support (2, 6).
- 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que la couche mince active (5) est déposée sur la couche mince inhibitrice de conductivité (8a, 8b).
- 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dépôt de la couche mince active (5) est suivie de la formation d'une couche mince inhibitrice de conductivité additionnelle (8c, 8d) sur au moins une partie d'une seconde face (5b) de la couche mince active (5), les parties respectives des première et seconde faces (5c, 5b) de la couche mince active (5) étant 15 disposées en regard l'une de l'autre et délimitent la zone isolante (9a, 9b, 9) dans la couche mince active (5).
- 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la couche mince inhibitrice de conductivité (8a, 8b) est formée sur la 20 couche mince active (5).
- 13. Composant électronique comportant une couche mince active (5) constituée d'un matériau semi-conducteur organique dopé par au moins un type électrons ou trous de porteurs de charges résiduels, dans laquelle est 25 formée au moins une zone présentant une conductivité électrique inférieure à la conductivité électrique du reste de la couche mince active (9a, 9b, 9), caractérisé en ce que ladite zone (9a, 9b, 9) est constituée par le matériau semi-conducteur organique dont la conductivité électrique est réduite par mise en contact avec une couche mince inhibitrice de conductivité électrique 30 (8a, 8b) munie d'au moins un type de groupements chimiques présentant5 - une affinité électronique supérieure ou égale à celle du matériau semi-conducteur organique si les porteurs de charges résiduels sont de type électrons - et un potentiel d'ionisation inférieur ou égal au potentiel d'ionisation du matériau semi-conducteur organique si les porteurs de charges sont de type trous.
- 14. Composant selon la revendication 13, caractérisé en ce que le matériau semi-conducteur organique est choisi parmi le TFB, le TIPS_PEN, le FADT et leurs dérivés et en ce que la couche mince inhibitrice de conductivité électrique comprend un composé de type tri-p-tolylamine.
- 15. Composant selon la revendication 13, caractérisé en ce que le matériau semi-conducteur organique est choisi parmi le TIPS_PEN, le FADT, le polytriarylamine et leurs dérivés et en ce que la couche mince inhibitrice de conductivité électrique comprend un composé de type aminopropyltrimethoxysilane.
- 16. Composant selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un transistor à effet de champ.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0904320A FR2945153A1 (fr) | 2009-09-10 | 2009-09-10 | Formation d'une zone de conductivite electrique reduite dans un materiau semi-conducteur organique dope par au moins un type de porteurs de charges residuels. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0904320A FR2945153A1 (fr) | 2009-09-10 | 2009-09-10 | Formation d'une zone de conductivite electrique reduite dans un materiau semi-conducteur organique dope par au moins un type de porteurs de charges residuels. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2945153A1 true FR2945153A1 (fr) | 2010-11-05 |
Family
ID=42035717
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR0904320A Pending FR2945153A1 (fr) | 2009-09-10 | 2009-09-10 | Formation d'une zone de conductivite electrique reduite dans un materiau semi-conducteur organique dope par au moins un type de porteurs de charges residuels. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2945153A1 (fr) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050062066A1 (en) * | 2003-09-24 | 2005-03-24 | Lucent Technologies, Inc. | Semiconductor devices having regions of induced high and low conductivity, and methods of making the same |
| US20060049395A1 (en) * | 2003-06-23 | 2006-03-09 | Tdk Corporation | Field-effect transistor |
| US20060108581A1 (en) * | 2004-11-23 | 2006-05-25 | Taek Ahn | Organic thin film transistor, method of manufacturing the same, and flat panel display device with the organic thin film transistor |
| DE102005059608A1 (de) * | 2005-12-12 | 2007-06-14 | Polyic Gmbh & Co. Kg | Redoxsysteme zur Stabilisierung und Lebensdauerverlängerung von polymeren Halbleitern |
| US20080012010A1 (en) * | 2006-05-18 | 2008-01-17 | Sony Corporation | Organic electronic device, method for production thereof, and organic semiconductor molecule |
| US20080199634A1 (en) * | 2007-02-21 | 2008-08-21 | Seiko Epson Corporation | Method for manufacturing organic device and electronic apparatus |
-
2009
- 2009-09-10 FR FR0904320A patent/FR2945153A1/fr active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060049395A1 (en) * | 2003-06-23 | 2006-03-09 | Tdk Corporation | Field-effect transistor |
| US20050062066A1 (en) * | 2003-09-24 | 2005-03-24 | Lucent Technologies, Inc. | Semiconductor devices having regions of induced high and low conductivity, and methods of making the same |
| US20060108581A1 (en) * | 2004-11-23 | 2006-05-25 | Taek Ahn | Organic thin film transistor, method of manufacturing the same, and flat panel display device with the organic thin film transistor |
| DE102005059608A1 (de) * | 2005-12-12 | 2007-06-14 | Polyic Gmbh & Co. Kg | Redoxsysteme zur Stabilisierung und Lebensdauerverlängerung von polymeren Halbleitern |
| US20080012010A1 (en) * | 2006-05-18 | 2008-01-17 | Sony Corporation | Organic electronic device, method for production thereof, and organic semiconductor molecule |
| US20080199634A1 (en) * | 2007-02-21 | 2008-08-21 | Seiko Epson Corporation | Method for manufacturing organic device and electronic apparatus |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5657379B2 (ja) | 電子装置の製造方法 | |
| Li et al. | Organic thin film transistor integration: A hybrid approach | |
| Katz et al. | Naphthalenetetracarboxylic diimide-based n-channel transistor semiconductors: structural variation and thiol-enhanced gold contacts | |
| US7939453B2 (en) | Method for manufacturing organic transistor and organic transistor | |
| US7298013B2 (en) | Compound used to form a self-assembled monolayer, layer structure, semiconductor component having a layer structure, and method for producing a layer structure | |
| US6620657B2 (en) | Method of forming a planar polymer transistor using substrate bonding techniques | |
| US9601596B2 (en) | Electronic device and method of manufacturing semiconductor device | |
| CN100414414C (zh) | 有机薄膜晶体管阵列面板及其制造方法 | |
| Pacher et al. | Chemical Control of Local Doping in Organic Thin‐Film Transistors: From Depletion to Enhancement | |
| US20120037907A1 (en) | Method of Forming Source and Drain Electrodes of Organic Thin Film Transistors by Electroless Plating | |
| EP2117059A2 (fr) | Transistors à film mince organique | |
| Kitahara et al. | Approaching Trap‐Minimized Polymer Thin‐Film Transistors | |
| US10763447B2 (en) | Devices with organic semiconductor layers electrically-doped over a controlled depth | |
| Lee et al. | Improved ambipolar charge injection in organic field-effect transistors with low cost metal electrode using polymer sorted semiconducting carbon nanotubes | |
| Patil et al. | Electrode and dielectric layer interface device engineering study using furan flanked diketopyrrolopyrrole–dithienothiophene polymer based organic transistors | |
| EP2486607A2 (fr) | Mémoire organique à double grille et procédé de réalisation | |
| JP2011259001A (ja) | パターン形成体の製造方法、機能性素子の製造方法および半導体素子の製造方法 | |
| FR2945153A1 (fr) | Formation d'une zone de conductivite electrique reduite dans un materiau semi-conducteur organique dope par au moins un type de porteurs de charges residuels. | |
| EP3031087B1 (fr) | Procede de fabrication d'un circuit cmos organique et circuit cmos organique protege contre les uv | |
| Inaba et al. | Eco-Friendly Push-Coated Polymer Solar Cells with No Active Material Wastes Yield Power Conversion Efficiencies over 5.5% | |
| Gholamrezaie | Self-assembled monolayers in organic electronics | |
| EP3552254A1 (fr) | Procede de formation d'un empilement et empilement | |
| Seo et al. | Influence of passivation with non-charged fluorinated ethylene propylene on the properties of pentacene organic thin film transistor | |
| Carroli | Multifunctional organic based electronic devices: use of a two-component organic blend for non-volatile memories | |
| EP3204328A1 (fr) | Procede de fabrication d'un dispositif electronique, en particulier a base de nanotubes de carbone |