FR3091034A1 - Dispositif électronique à courant de fuite réduit - Google Patents
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Abstract
Dispositif électronique à courant de fuite réduit La présente description concerne un dispositif électronique (10) comprenant une couche active (18) comprenant au moins un matériau semiconducteur organique, une couche d'électrode (14) et une couche d'interface (16), entre la couche d'électrode et la couche active, comprenant, au contact de la couche active, une couche d'hydroxyde métallique dont l'oxyde métallique correspondant est un diélectrique ou un semiconducteur de type N. Figure pour l'abrégé : Fig. 1
Description
Description
Titre de l'invention : Dispositif électronique à courant de fuite réduit
Domaine technique
[0001] La présente description concerne de façon générale les dispositifs électroniques réalisés au moins en partie en matériaux organiques.
Technique antérieure
[0002] Un dispositif électronique tel qu'un écran d'affichage ou un capteur d'images peut comprendre une matrice de composants optoélectroniques organiques, par exemple des photodiodes organiques (OPD, de l'anglais Organic Photodiode) ou des diodes électroluminescentes organiques (OLED, de l'anglais Organic Light-Emitting Diode). Un exemple d'application correspond à un capteur d'images d'un détecteur de rayons X dans lequel le capteur d'images reçoit de la lumière visible issue de la conversion des rayons X par un scintillateur.
[0003] Le dispositif électronique comprend généralement, sur un support, une couche semiconductrice organique en sandwich entre deux couches conductrices. Il peut être nécessaire de prévoir une couche d'interface entre au moins l'une des couches conductrices et la couche semiconductrice organique pour obtenir un travail de sortie adapté à la couche semiconductrice.
[0004] Pour certaines applications, la couche d'électrode de cathode peut être réalisée en oxyde d'indium-étain (ITO, de l'anglais Indium Tin Oxide) et la couche d'interface associée peut être en oxyde de zinc (ZnO). Toutefois, un inconvénient d'une telle structure est que le courant d'obscurité peut être élevé, en raison de courants de fuite élevés.
Résumé de l’invention
[0005] Il existe un besoin d'un dispositif électronique comprenant une couche semiconductrice organique, une couche d'électrode de cathode, et une couche d'interface entre la couche d'électrode et la couche semiconductrice organique, et qui présente des courants de fuite réduits.
[0006] Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des dispositifs électroniques connus.
[0007] Un mode de réalisation prévoit un dispositif électronique comprenant une couche active comprenant au moins un matériau semiconducteur organique, une couche d'électrode et une couche d'interface, entre la couche d'électrode et la couche active, comprenant, au contact de la couche active, une couche d'hydroxyde métallique dont l'oxyde métallique correspondant est un diélectrique ou un semiconducteur de type N.
[0008] Selon un mode de réalisation, la couche d'interface comprend, au moins au contact de la couche active, une couche d'hydroxyde métallique de zinc, d'hydroxyde de titane, d'hydroxyde de chrome ou un mélange d'au moins deux de ces composés.
[0009] Selon un mode de réalisation, la couche d'interface comprend la couche d'hydroxyde métallique sur au moins 50 % de la surface de contact entre la couche d'interface et la couche active.
[0010] Selon un mode de réalisation, la couche d'interface comprend au moins 1 % en poids dudit oxyde métallique.
[0011] Un mode de réalisation prévoit également un procédé de fabrication d'un dispositif électronique comprenant une couche active comprenant au moins un matériau semiconducteur organique, une couche d'électrode et une couche d'interface, entre la couche d'électrode et la couche active, comprenant, au contact de la couche active, une couche d'hydroxyde métallique dont l'oxyde métallique correspondant est un diélectrique ou un semiconducteur de type N. Le procédé comprend les étapes successives suivantes :
a) formation d'une couche dudit oxyde métallique ;
b) hydratation de la couche dudit oxyde métallique ; et
c) recuit thermique de la couche dudit oxyde métallique hydratée.
[0012] Selon un mode de réalisation, l'étape b) comprend le trempage de ladite couche dudit oxyde métallique dans un bain contenant de l'eau.
[0013] Selon un mode de réalisation, la durée du trempage est supérieure à 30 secondes.
[0014] Selon un mode de réalisation, l'étape b) comprend la formation, sur la couche dudit oxyde métallique, d'une composition comprenant les matériaux composant la couche active et de l'eau.
[0015] Selon un mode de réalisation, l'étape c) est réalisée à une température supérieure à 95 °C pendant une durée supérieure à 1 minute.
[0016] Selon un mode de réalisation, l'étape a) comprend une étape de dépôt en phase vapeur.
Brève description des dessins
[0017] Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
[0018] [fig. 1] la figure 1 est une vue en coupe, partielle et schématique, d'un mode de réalisation d'une photodiode organique ;
[0019] [fig.2] la figure 2 illustre une étape d'un mode de réalisation d'un procédé de fabrication de la photodiode organique de la figure 1 ;
[0020] [fig.3] la figure 3 illustre une autre étape du procédé de fabrication ;
[0021] [fig.4] la figure 4 est une courbe courant/tension d'une photodiode réalisée lors d'un premier essai ;
[0022] [fig-5] la figure 5 est une image MEB d'une couche d'interface d'une photodiode réalisée lors d'un deuxième essai ;
[0023] [fig.6] la figure 6 est une courbe courant/tension de la photodiode du deuxième essai ;
[0024] [fig.7] la figure 7 est une image MEB d'une couche d'interface d'une photodiode réalisée lors d'un troisième essai ;
[0025] [fig.8] la figure 8 représente un diagramme de diffraction des rayons X de la couche d'interface de la photodiode du troisième essai ;
[0026] [fig.9] la figure 9 est une courbe courant/tension de la photodiode du troisième essai ;
et
[0027] [fig. 10] la figure 10 est une courbe courant/tension d'une photodiode réalisée lors d'un quatrième essai.
Description des modes de réalisation
[0028] De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques. Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes avant, arrière, haut, bas, gauche, droite, etc., ou relative, tels que les termes dessus, dessous, supérieur, inférieur, etc., il est fait référence sauf précision contraire à l'orientation des figures ou à un dispositif électronique dans une position normale d'utilisation. Sauf précision contraire, les expressions environ, approximativement, sensiblement, et de l'ordre de signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près.
[0029] Dans la suite de la description, on appelle couche active d'un dispositif optoélectronique la couche depuis laquelle est émise la majorité du rayonnement électromagnétique fourni par le dispositif optoélectronique ou bien la couche dans laquelle est captée la majorité du rayonnement électromagnétique reçu par le dispositif optoélectronique. En outre, on appelle composant électronique organique, notamment un composant optoélectronique ou un transistor, un composant électronique dont au moins une partie est réalisée en un matériau organique. De plus, on appelle rayonnement utile le rayonnement électromagnétique capté ou émis par la couche active du dispositif optoélectronique. Dans la suite de la description, une couche ou un film est dit transparent à un rayonnement lorsque la transmittance du rayonnement au travers de la couche ou du film est supérieure à 10 %. Dans la suite de la description, on entend par l'expression un élément principalement en un matériau que ledit élément comprend en volume plus de 50 % dudit matériau, de préférence plus de 80 % en volume, plus préférentiellement plus de 90 % en volume.
[0030] Des modes de réalisation vont être décrits dans le cas d'une photodiode organique. Toutefois, il est clair que ces modes de réalisation peuvent également s'appliquer à une diode électroluminescente organique ou à un transistor organique à effet de champ (OFET, de l'anglais Organic Field-Effect Transistor), par exemple au niveau des contacts entre les plots métalliques de source et de drain et un matériau semiconducteur dopé de type N.
[0031] La figure 1 représente un mode de réalisation d'un dispositif organique 10 correspondant à une photodiode. La photodiode organique 10 comprend, du bas vers le haut en figure 1 :
- un support 12 ;
- une première électrode 14 reposant sur le support 12, de préférence au contact du support 12 ;
- une première couche d'interface 16 reposant sur la première électrode 14, de préférence au contact de la première électrode 14 ;
- une couche active 18 reposant sur la première couche d'interface 16, de préférence au contact de la première couche d'interface 16 ;
- une deuxième couche d'interface 20 reposant sur la couche active 18, de préférence au contact de la couche active 18 ; et
- une deuxième électrode 22 reposant sur la deuxième couche d'interface 20, de préférence au contact de la deuxième couche d'interface 20.
[0032] Lorsque le dispositif 10 est destiné à être éclairé au travers du support 12, c'est-à-dire depuis le bas en figure 1, le support 12, l'électrode inférieure 14 et la couche d'interface 16 sont de préférence au moins partiellement transparentes. Lorsque le dispositif 10 est destiné à être éclairé au travers de l'électrode 22, c'est-à-dire depuis le haut en figure 1, l'électrode 22 et la couche d'interface 20 sont de préférence au moins partiellement transparentes.
[0033] Dans l'architecture de photodiode dite directe, l'électrode 14 correspond à l'anode de la photodiode et joue le rôle de couche de transport de trous, appelée également couche HTL (sigle anglais pour Hole Transport Layer) et l'électrode 22 correspond à la cathode de la photodiode et joue le rôle de couche de transport d'électrons, également appelée couche ETL (sigle anglais pour Electron Transport Layer). Dans ce cas, la première couche d'interface 16 est une couche de blocage d'électrons et de collecte de trous, également appelée couche HCL (sigle anglais pour Hole Collection Layer), et la deuxième couche d'interface 20 est une couche de blocage de trous et de collecte d'électrons, également appelée couche ECL (sigle anglais pour Electron Collection Layer). Dans l'architecture de photodiode dite inverse, l'électrode 14 correspond à la cathode de la photodiode, et donc à la couche ETL, et l'électrode 22 correspond à l'anode de la photodiode, et donc à la couche HTL. Dans ce cas, la première couche d'interface 16 est la couche ECL et la deuxième couche d'interface 20 est la couche HCL. Selon les matériaux utilisés, la couche ETL et la couche ECL peuvent être confondues. Le travail de sortie de la couche HCL est supérieur ou égal à 4,5 eV, de préférence supérieur ou égal à 5 eV et le travail de sortie de la couche ECL est inférieur ou égal à 4,5 eV, de préférence inférieur ou égal à 4,2 eV.
[0034] Le support 12 est, par exemple, un support rigide, notamment en verre ou un support flexible, par exemple en polymère ou en un matériau métallique. Des exemples de polymère sont le polyéthylène naphtalène (PEN), le polyéthylène téréphtalate (PET), le kapton, ou le polyétheréthercétone (PEEK). L'épaisseur du support 12 est, par exemple, comprise entre 20 pm et 1 cm, par exemple d'environ 125 pm.
[0035] La couche active 18 comprend au moins un matériau organique et peut comprendre un empilement ou un mélange de plusieurs matériaux organiques. La couche active 18 peut comprendre des petites molécules, des oligomères ou des polymères. Il peut s'agir de matériaux organiques ou inorganiques. La couche active 18 peut comprendre un matériau semiconducteur ambipolaire, ou un mélange d'un matériau semiconducteur de type N et d'un matériau semiconducteur de type P, par exemple sous forme de couches superposées ou de mélange intime à l’échelle nanométrique de façon à former une hétérojonction en volume. L'épaisseur de la couche active 18 peut être comprise entre 50 nm et 1 pm, par exemple de l'ordre de 500 nm.
[0036] Des exemples de polymères semiconducteurs de type P adaptés à la réalisation de la couche active 18 sont le poly(3-hexylthiophène) (P3HT), le poly[N9’ -heptadécanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4,7-di-2-thiényl-2’, 1 ’ ,3 ’ -benzothiadiazole] (PCDTBT), le Poly[(4,8-bis-(2-éthylhexyloxy)-benzo[l,2-b;4,5-b']dithiophène)-2,6-diyl-alt-(4-(2-éth ylhexanoyl)-thie-no[3,4-b]thiophène))-2,6-diyl] ;4,5-b']dithi-ophène)-2,6-diyl-alt-(5,5'bis(2-thiényl)-4,4,-dinonyl-2,2'-bithiazole)-5',5-diyl] (PBDTTT-C), le poly[2-méthoxy-5-(2-éthyl-hexyloxy)-l,4-phénylène-vinylène] (MEH-PPV) ou le Poly[2,6-(4,4-bis-(2-éthylhexyl)-4//-cyclopenta [2,l-Z?;3,4-Z?']dithiophdne)-izZi 4,7(2,1,3-benzothiadiazole)] (PCPDTBT).
[0037] Des exemples de matériaux semiconducteurs de type N adaptés à la réalisation de la couche active 18 sont les fullerènes, notamment le C60, le [6,6]-phényl-C61-butanoate de méthyle ([60]PCBM), le [6,6]-phényl-C71-butanoate de méthyle ([70]PCBM), le pérylène diimide, l'oxyde de zinc (ZnO) ou des nanocristaux permettant la formation de boîtes quantiques, en anglais quantum dots.
[0038] L'épaisseur de l'empilement comprenant la couche d'interface inférieure 16, la couche active 18 et la couche d'interface supérieure 20 est comprise entre 1 pm et 4 pm, de préférence entre 1,5 pm et 2 pm.
[0039] L'électrode 14 ou 22 jouant le rôle d'anode peut être réalisée en un oxyde conducteur transparent (TCO, de l'anglais Transparent Conducting Oxide), en nanotubes de carbone, en graphène, en un polymère conducteur, en un métal ou en un mélange ou un alliage d'au moins deux de ces composés. L'électrode 14 ou 22 jouant le rôle de cathode peut être réalisée en un oxyde conducteur transparent (TCO), en un polymère conducteur, en un métal ou en un mélange ou un alliage d'au moins deux de ces composés. L'électrode 14 ou 22 peut avoir une structure monocouche ou une structure multicouche.
[0040] Des exemples de TCO adaptés à la réalisation de l'électrode de cathode ou d'anode sont l'oxyde d'indium-étain (ITO, de l'anglais Indium Tin Oxide), l'oxyde d'aluminium-zinc (AZO, de l'anglais Aluminium Zinc Oxide) et l'oxyde de galliumzinc (GZO, de l'anglais Gallium Zinc Oxide). L'épaisseur de l'électrode 14 ou 22 peut alors être comprise entre 20 nm et 250 nm.
[0041] Des exemples de polymères conducteurs adaptés à la réalisation de l'électrode d'anode sont le polymère connu sous la dénomination PEDOT:PSS, qui est un mélange de poly(3,4)-éthylène-dioxythiophène et de polystyrène sulfonate de sodium ou le polyaniline, également appelé PAni. Dans le cas de PEDOT:PSS, l'épaisseur de l'électrode 14 ou 20 peut être comprise entre 20 nm et 600 nm.
[0042] Des exemples de métaux adaptés à la réalisation de l'électrode de cathode sont l'argent (Ag), l'or (Au), le cuivre (Cu), le nickel (Ni), le chrome (Cr), le molybdène (Mo) ou les mélanges et alliages d'au moins deux de ces composés. Un exemple de structure multicouche adaptée à la réalisation des électrodes est une structure multicouche d'AZO et d'argent de type AZO/Ag/AZO, une structure bicouche Ti-Au ou une structure bicouche Cr-Mo. Des exemples de métaux adaptés à la réalisation de l'électrode d'anode sont l'aluminium (Al).
[0043] L'épaisseur des électrodes 14 et 22 peut être comprise entre 5 nm et 5 pm, de préférence entre 10 nm et 1 pm, plus préférentiellement entre 100 nm et 600 nm, par exemple de l'ordre de 150 nm. Ces couches peuvent être déposées par un procédé de dépôt sous vide (évaporation, pulvérisation...), un procédé de dépôt par voie liquide (sol-gel, dispersions, nanoparticules...) ou tout autre type de procédé de dépôt. Dans le cas où l'électrode 14 ou 22 est métallique et doit être au moins partiellement transparente, l'épaisseur de l'électrode est inférieure ou égale à 20 nm, de préférence inférieure ou égale à 10 nm.
[0044] La couche d'interface 16 ou 20 jouant le rôle de couche HCL peut être en PEDOT:PSS ou en oxyde métallique tel que l'oxyde de molybdène (MoO3), l'oxyde de tungstène (W03) ou l'oxyde de vanadium (V2O5). L'épaisseur de la couche d'interface 16 ou 20 est comprise entre 5 nm et 5 pm, de préférence entre 10 nm et 1 pm.
[0045] Les inventeurs ont mis en évidence que lorsque la couche d'interface ECL a une composition particulière, certaines performances du dispositif optoélectronique 10 sont améliorées.
[0046] Selon un mode de réalisation, la couche d'interface ECL comprend au moins au contact de la couche active 18 une couche d'un hydroxyde métallique dont l'oxyde métallique correspondant est un diélectrique ou un semiconducteur de type N, la couche d'hydroxyde métallique pouvant présenter des ouvertures. Selon un mode de réalisation, la couche d'interface ECL comprend, au moins au contact de la couche active 18, une couche d'hydroxyde métallique de zinc (Zn(OH)2), d'hydroxyde de titane (Ti(OH)2), d'hydroxyde de chrome (Cr(OH)2) ou un mélange d'au moins deux de ces composés.
[0047] Selon un mode de réalisation, au moins 50 %, de préférence au moins 70 %, plus préférentiellement au moins 90 %, de face de la couche ECL en contact avec la couche active 18 correspond à une couche d'un hydroxyde métallique dont l'oxyde métallique correspondant est un diélectrique ou un semiconducteur de type N, notamment une couche d'hydroxyde métallique de zinc (Zn(OH)2), d'hydroxyde de titane (Ti(OH)2), ou d'hydroxyde de chrome (Cr(OH)2) ou un mélange d'au moins deux de ces composés.
[0048] Selon un mode de réalisation, la couche ECL comprend en outre de l'oxyde métallique associé à l'hydroxyde métallique, notamment au moins 1 % en poids de l'oxyde métallique associé à l'hydroxyde métallique.
[0049] Les inventeurs ont mis en évidence que lorsque la couche d'interface ECL a la composition définie précédemment, un dispositif optoélectronique ayant des courants de fuite réduits est avantageusement obtenu. En outre, la résistivité de la couche d'interface ECL est avantageusement supérieure à 108 Ω.ιη, de préférence supérieure à ΙΟ9 Ω.ιη. Ceci permet notamment de déposer la couche d'interface ECL sur la totalité du support 12, les fuites de courant dans le plan de la couche d'interface ECL étant sensiblement nulles. Le travail de sortie de la couche HCL ainsi réalisée est compris entre 4 eV et 4,4 eV.
[0050] En outre, l'utilisation d'une couche métallique comme couche ETL permet l'obtention d'une couche ETL ductile, qui peut en particulier être formée sur un support 12 flexible. Ceci peut ne pas être possible lorsque la couche ETL est en TCO qui sont généralement des matériaux fragiles.
[0051] Les figures 2 et 3 illustrent un mode de réalisation d'un procédé de fabrication du dispositif 10 dans lequel l'électrode 14 correspond à la couche ETL et la couche d'interface 16 correspond à la couche ECL tel que définie précédemment.
[0052] La figure 2 est une vue en coupe, partielle et schématique, de la structure obtenue après la formation de l'électrode 14 sur le support 12 et de la couche d'interface 16 sur l'électrode 14. Selon le matériau utilisé, le procédé de formation de l'électrode 14 peut correspondre à un procédé dit additif, par exemple par impression directe du matériau composant l'électrode 14 aux emplacements souhaités notamment sous forme de solgel, par exemple par impression par jet d'encre, héliographie, sérigraphie, flexographie, revêtement par pulvérisation (en anglais spray coating) ou dépôt de gouttes (en anglais drop-casting). Le procédé de formation de l'électrode 14 peut correspondre à un procédé dit soustractif, dans lequel le matériau composant l'électrode 14 est déposé sur la totalité de la structure et dans lequel les portions non utilisées sont ensuite retirées, par exemple par photolithographie ou ablation laser. Selon le matériau considéré, le dépôt sur la totalité de la structure peut être réalisé par exemple par voie liquide, par pulvérisation cathodique ou par évaporation. Il peut s'agir notamment de procédés du type dépôt à la tournette, revêtement par pulvérisation, héliographie, revêtement par filière (en anglais slot-die coating), revêtement à la lame (en anglais blade-coating), flexographie ou sérigraphie. Lorsque l'électrode 14 est métallique, le métal est, par exemple, déposé par dépôt physique en phase vapeur (PVD, sigle anglais pour Physical Vapor Deposition), notamment par évaporation ou par pulvérisation cathodique sur l'ensemble du support 12, et l'électrode 14 est délimitée par gravure.
[0053] La couche d'interface 16 est composée, à cette étape, de l'oxyde métallique associé à l'hydroxyde métallique souhaitée. La couche d'interface 16 peut être réalisée, en fonction des matériaux utilisés, selon tout ou partie des procédés décrits précédemment pour la formation de l'électrode 14, notamment par des techniques d'impression ou de dépôt à la tournette d'une solution contenant un solvant et des particules de l'oxyde métallique. La couche d'interface 16 peut en outre être formée par dépôt chimique en phase vapeur (CVD, sigle anglais pour Chemical Vapor Deposition). De préférence, la couche d'interface 16 est réalisée par PVD, notamment dans des conditions favorisant l'incorporation d'une grande quantité d'oxygène pour diminuer la conductivité de la couche, par exemple dans une atmosphère comprenant plus de 1 % en masse de dioxygène, de préférence plus de 2 % en masse de dioxygène.
[0054] La figure 3 est une vue en coupe, partielle et schématique, illustrant une étape de trempage de la structure représentée en figure 2 dans un bain 24 de façon que la couche d'interface 16 vienne au contact du bain 24. La durée du trempage est supérieure à 20 s, de préférence supérieure à 30 s. Le bain 24 comprend un liquide ou un mélange de liquides comprenant au moins 1 % en masse d'eau et jusqu'à 100 % en masse d'eau. Selon un mode de réalisation, le liquide est de l'eau déminéralisée. Selon un autre mode de réalisation, le liquide est une solution alcoolique non anhydre. La structure représentée en figure 2 est ensuite retirée du bain 24. L'eau présente dans le bain 24 réagit avec l'oxyde métallique pour former l'hydroxyde métallique recherché.
[0055] Le présent mode de réalisation se poursuit par une étape de recuit thermique de la structure retirée du bain 24, qui est par exemple réalisé dans un four. Le recuit thermique est réalisé à une température comprise entre 95 °C et 150 °C, de préférence entre 110 °C et 120 °C. Le recuit thermique peut être réalisé à l'air libre. La durée du recuit thermique est supérieure à 1 minute, de préférence comprise entre 5 minutes et 15 minutes. Plus la température du recuit thermique est basse, plus la durée du recuit thermique est longue. On peut répéter ce cycle plusieurs fois si nécessaire, c’est-à-dire trempage, recuit et trempage recuit et ainsi de suite. Une diminution de l'épaisseur de la couche d'interface 16 peut être observée, comprise notamment entre 2 % et 15 %. La diminution de l'épaisseur de la couche d'interface 16 dépend notamment de la température et de la durée du recuit thermique.
[0056] Le procédé se poursuit par la formation de la couche active 18, de la couche d'interface 20 et de l'électrode 22. La couche active 18, la couche d'interface 20 et l'électrode 22 peuvent être réalisées chacune, en fonction des matériaux utilisés, selon tout ou partie des procédés décrits précédemment pour la formation de l'électrode 14.
[0057] Selon un autre mode de réalisation, au lieu d'un trempage dans le bain 24, le procédé comprend la formation, sur la couche d'interface 16 composée de l'oxyde métallique associé à l'hydroxyde métallique souhaitée, de la couche active 18 mettant en oeuvre un solvant non anhydre. Dans ce cas, c'est l'eau présente dans le solvant qui réagit avec l'oxyde métallique pour former l'hydroxyde métallique recherché. Cette étape est suivie de l'étape de recuit décrite précédemment.
[0058] Des essais ont été réalisés pour la fabrication d'une photodiode selon la structure représentée en figure 1 à la différence que l'électrode 22 n'était pas présente, sa présence n'étant pas nécessaire pour la mesure de courbes courant-tension. Pour tous les essais, le support 12 était en PEN, l'électrode de cathode 14 comprenait un empilement d'une couche de titane de 10 nm et une couche d'or de 50 nm, et la couche active 18 comprenait une hétérojonction de P3HT et de PCBM. La couche active 18 a été déposée par enduction dans un solvant de mésytilène et avait une épaisseur sèche de 300 nm après un recuit thermique à 120 °C pendant 20 minutes. La couche d'interface 20 était en PEDOT:PSS et a été déposée par pulvérisation, suivie d'un recuit à 115 °C pendant 30 min.
[0059] Pour le premier essai, la couche ECL 16 n'était pas présente et l'électrode de cathode 14 était directement en contact avec la couche active 18.
[0060] La figure 4 représente une courbe d'évolution C1D (en trait continu) et CIL (en traits pointillés) du courant I traversant la photodiode du premier essai en fonction de la tension U entre l'anode et la cathode respectivement dans le cas où la photodiode est maintenue dans l'obscurité (courbe C1D) et dans le cas où la photodiode reçoit un rayonnement utile (courbe CIL). Ces courbes montrent que les courants de fuite sont élevés.
[0061] Pour le deuxième essai, la couche ECL 16 était en ZnO et avait une épaisseur de 30 nm. La couche de ZnO 16 a été déposée par PVD, à 25 °C dans une atmosphère comprenant environ 2 % en masse de dioxygène.
[0062] La figure 5 représente une image réalisée par microscopie électronique à balayage, également appelée image MEB, de la couche de ZnO 16.
[0063] La figure 6 représente une courbe d'évolution C2D et C2L du courant I traversant la photodiode du deuxième essai en fonction de la tension U entre l'anode et la cathode respectivement dans le cas où la photodiode est maintenue dans l'obscurité (courbe C2D en trait continu) et dans le cas où la photodiode reçoit un rayonnement utile (courbe C2L en traits pointillés). Ces courbes montrent que les courants de fuite restent élevés.
[0064] Pour le troisième essai, la couche ECL 16 était en ZnO au moins partiellement hydratée et avait une épaisseur de 10 nm. La couche ECL 16 a été obtenue en formant une couche de ZnO par PVD sur l'électrode 14 et en trempant la structure comprenant le support 12, l'électrode 14 et la couche de ZnO 16 dans un bain d'eau déminéralisée pendant 5 minutes. L'étape de trempe a été suivie d'un recuit thermique à 115 °C pendant 15 minutes. Le travail de sortie de la couche de ZnO au moins partiellement hydratée mesuré par une sonde de Kelvin était de 4,2 eV.
[0065] La figure 7 représente une image MEB de la couche de ZnO 16 au moins en partie hydratée obtenue dans le troisième essai après l'étape de trempage et le recuit thermique. Cette image fait apparaître un amincissement de la couche de ZnO 16 au moins en partie hydratée du troisième essai par rapport à la couche de ZnO 16 non hydratée du deuxième essai d'environ 10 %.
[0066] La figure 8 représente un diagramme de diffraction aux rayons X de la couche de ZnO 16 au moins en partie hydratée du troisième essai obtenue après l'étape de trempage et le recuit thermique. Cette courbe comprend plusieurs pics de cristallisation, notamment un pic PI pour un angle 20i sensiblement égal à 34,4° caractéristique de la présence de Zn(OH)2 et un pic P2 pour un angle 202 sensiblement égal à 72,5° caractéristique de la présence de ZnO.
[0067] La figure 9 représente une courbe d'évolution C3D et C3L du courant I traversant la photodiode du troisième essai en fonction de la tension U entre l'anode et la cathode respectivement dans le cas où la photodiode est maintenue dans l'obscurité (courbe C3D en trait continu) et dans le cas où la photodiode reçoit un rayonnement électromagnétique utile (courbe C3L en traits pointillés). Ces courbes montrent que les courants de fuite sont faibles. En particulier, le courant d'obscurité (courbe C3D) est de l'ordre de 10 10 A et le courant sous illumination (courbe C3L) est de l'ordre de 106 A. Il y a donc un rapport de 104 entre le courant sous illumination et le courant d'obscurité.
[0068] Pour le quatrième essai, la couche ECL 16 était en TiO au moins partiellement hydratée et avait une épaisseur de 10 nm. La couche ECL 16 a été obtenue en formant une couche de TiO par PVD sur l'électrode 14 et en trempant la structure comprenant le support 12, l'électrode 14 et la couche de TiO 16 dans un bain d'eau déminéralisée pendant 5 minutes. L'étape de trempe a été suivie d'un recuit thermique à 115 °C pendant 15 minutes. Le travail de sortie de la couche de TiO au moins partiellement hydratée mesuré par une sonde de Kelvin était environ entre 4,3 eV et 4,4 eV.
[0069] La figure 10 représente une courbe d'évolution C4D et C4L du courant I traversant la photodiode du quatrième essai en fonction de la tension U entre l'anode et la cathode respectivement dans le cas où la photodiode est maintenue dans l'obscurité (courbe C4D en trait continu) et dans le cas où la photodiode reçoit un rayonnement électromagnétique utile (courbe C4L en traits pointillés). Ces courbes montrent que les courants de fuite sont faibles. En particulier, le courant d'obscurité (courbe C4D) est de l'ordre de 10 10 A et le courant sous illumination (courbe C4L) est de l'ordre de 106 A. Il y a donc un rapport de 104 entre le courant sous illumination et le courant d'obscurité.
[0070] Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. L’homme de l’art comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d’autres variantes apparaîtront à l’homme de l’art. Enfin, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de l’homme du métier à partir des indications fonctionnelles données cidessus.
Claims (1)
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Revendications [Revendication 1] Dispositif électronique (10) comprenant une couche active (18) comprenant au moins un matériau semiconducteur organique, une couche d'électrode (14) et une couche d'interface (16), entre la couche d'électrode et la couche active, comprenant, au contact de la couche active, une couche d'hydroxyde métallique dont l'oxyde métallique correspondant est un diélectrique ou un semiconducteur de type N. [Revendication 2] Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la couche d'interface (16) comprend, au moins au contact de la couche active (18), une couche d'hydroxyde métallique de zinc, d'hydroxyde de titane, d'hydroxyde de chrome ou un mélange d'au moins deux de ces composés. [Revendication 3] Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la couche d'interface (16) comprend la couche d'hydroxyde métallique sur au moins 50 % de la surface de contact entre la couche d'interface et la couche active (18). [Revendication 4] Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la couche d'interface (16) comprend au moins 1 % en poids dudit oxyde métallique. [Revendication 5] Procédé de fabrication d'un dispositif électronique (10) comprenant une couche active (18) comprenant au moins un matériau semiconducteur organique, une couche d'électrode (14) et une couche d'interface (16), entre la couche d'électrode et la couche active, comprenant, au contact de la couche active, une couche d'hydroxyde métallique dont l'oxyde métallique correspondant est un diélectrique ou un semiconducteur de type N, le procédé comprenant les étapes successives suivantes : a) formation d'une couche dudit oxyde métallique (16) ; b) hydratation de la couche dudit oxyde métallique ; et c) recuit thermique de la couche dudit oxyde métallique hydratée. [Revendication 6] Procédé selon la revendication 5, dans lequel l'étape b) comprend le trempage de ladite couche dudit oxyde métallique dans un bain (24) contenant de l'eau. [Revendication 7] Procédé selon la revendication 6, dans lequel la durée du trempage est supérieure à 30 secondes. [Revendication 8] Procédé selon la revendication 5, dans lequel l'étape b) comprend la formation, sur la couche dudit oxyde métallique (16), d'une composition comprenant les matériaux composant la couche active (18) et de l'eau. [Revendication 9] Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, dans lequel l'étape c) est réalisée à une température supérieure à 95 °C pendant une durée supérieure à 1 minute.[Revendication 10] Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, dans lequel l'étape a) comprend une étape de dépôt en phase vapeur.
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Citations (1)
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| EP2101347A1 (fr) * | 2008-03-04 | 2009-09-16 | KISCO Corporation | Procédé de recuit de film mince d'oxyde de zinc |
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2018
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2101347A1 (fr) * | 2008-03-04 | 2009-09-16 | KISCO Corporation | Procédé de recuit de film mince d'oxyde de zinc |
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