Matériaux cristaux liquides photo-polymérisables pour
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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]