Matériaux cristaux liquides photo-polymérisables pour

«Matériaux cristaux liquides photo-polymérisables pour applications en
électronique organique »
Descriptif détaillé du projet de thèse :
Depuis de nombreuses années, les matériaux organiques suscitent un intérêt considérable tant
au niveau académique qu’industriel car ils sont considérés comme systèmes clefs de la
prochaine révolution électronique à bas coût. Ceci est dû aux nombreux avantages présentés
par ces matériaux : possibilité d'ajustement de leurs propriétés (optiques, électroniques …) par
modification de leur structure moléculaire, compatibilité avec les substrats flexibles, légèreté,
plasticité.
L’un des aspects les plus prometteurs pour leur développement est la mise au point de
procédés de fabrication à faible coût ; l’objectif à plus long terme est la création de dispositifs
intégrés comprenant, par exemple, une cellule photovoltaïque, un ou plusieurs capteurs et un
dispositif d’affichage sur un même substrat. Parmi les matériaux organiques, les cristaux
liquides présentent des états de la matière intermédiaires entre les états liquide et solide. Ce
sont des matériaux fluides et auto-organisés pouvant présenter des ordres d’orientation et de
position (structures en couches, phases colonnaires), qui leur confère la propriété
d’anisotropie. Ils peuvent être alignés par application d'un champ électrique ou par effet de
surface. Les cristaux liquides sont connus pour être utilisés dans les dispositifs électrooptiques et de visualisation. Plus récemment, des propriétés de transport électronique ont été
mises en évidence dans des cristaux liquides dont les molécules sont de forme allongée
(calamitiques) ou de disque (discotiques) ainsi que dans des polymères cristaux liquides, ce
qui a suscité un engouement pour l'utilisation de ces matériaux dans le domaine de
l'électronique organique.
Le sujet de recherche proposé concerne l'étude et l'utilisation pour l'électronique organique de
matériaux cristaux liquides photo-polymérisables. Ces matériaux sont constituées de
molécules monomères photo-polymérisables et présentant une phase cristal liquide. Les
polymères peuvent être linéaires ou réticulés. Ces matériaux permettent la réalisation de films
polymères orientés (films biréfringents) et à propriétés électroniques intéressantes (transport
de charges). Ces films sont obtenus par irradiation UV de couches minces de molécules
préalablement orientées en phase cristal liquide.
Le choix (structure moléculaire, liaisons photosensibles) et la caractérisation (séquence de
phases, propriétés de transport de charges, orientation) des matériaux cristaux liquides photopolymérisables, l'étude des paramètres de photo-polymérisation (caractéristiques de
l'irradiation UV, taux de polymérisation) et des films polymérisés obtenus (morphologie,
biréfringence, propriétés de transport de charges) constitueront la première partie du travail.
Les propriétés de transport de charges des monomères cristaux liquides et des films polymères
seront mesurées par la méthode "temps de vol" qui fait actuellement l'objet d'un travail de
thèse au laboratoire.
L'utilisation de ces films en tant que couche active de composants organiques s'avère
particulièrement adaptée (facilité de mise en œuvre, propriétés physico-chimiques et
électroniques). L'orientation est choisie pour favoriser les propriétés de transport électronique
(orientation du champ électrique perpendiculaire au grand axe des molécules). Pour cette
étude, nous envisageons la réalisation et la caractérisation de transistors organiques qui
constitueront la deuxième partie du travail. Ces transistors sont de type à effet de champ
(Thin Film Transistor, TFT). Les substrats seront en silicium fortement dopé et métallisé sur
une face. Cette face jouera le rôle d'électrode de commande (grille). L'autre face comportera
une fine couche isolante (quelques dixième de µm) d'oxyde de silicium.
A ce stade, deux méthodes seront utilisées pour réaliser le transistor :
- réalisation de contacts de drain (plots métalliques rectangulaires déposés par évaporation
sous vide) puis dépôt de la couche active organique,
- dépôt de la couche active organique puis réalisation des contacts drain et source.
La caractérisation électrique des transistors obtenus sera effectuée à partir de pointes
micrométriques et d'un banc de caractérisation I(V). Les caractéristiques des transistors seront
ainsi obtenues : tension de commande, courants de saturation, mobilité des porteurs de charge.
La mobilité des porteurs pourra également être mesurée par la méthode temps de vol. Les
valeurs de mobilités obtenues par ces deux techniques différentes seront comparées.
A terme, le sujet ouvre directement des perspectives vers les capteurs, les diodes
électroluminescentes et les cellules solaires.
Directeurs de thèse :
C. Legrand*, A. Daoudi**
*Tél : (33) 0321465779 ; e-mail : [email protected]
**Tél : (33)0328658255 ; e-mail : [email protected]