Electronique Plastique: transistors organiques par dépôt liquide ou transfert laser de semiconducte moléculaires – e-Plast

1- Introduction - Objectifs Les trois dernières années ont vu émerger un considérable regain d'intérêt pour les transistors à base de films minces de matériaux organiques (TFTs) en raison des possibilités remarquables d'applications de ces dispositifs en l'électronique plastique où la mise en oeuvre de procédés à bas coût, permettant des dépôts de grande surface, sur des supports flexibles, est impérative. Dans le domaine des semiconducteurs organiques, les performances du silicium amorphe (a-Si) ont généralement été considérées comme l'objectif principal à atteindre, des mobilités des porteurs de charge de l'ordre de 0.1-1 cm2/Vs et un facteur de modulation du courant de 106 à 108 étant souhaitables pour passer aux applications. Actuellement, la tendance est à l'obtention de semiconducteurs qui présentent toujours des performances électroniques élevées, mais qui allient en plus solubilité importante en milieu organique et stabilité accrue sous conditions ambiantes (air, humidité, éclairement). En particulier, la propriété de solubilité permet l'utilisation des composés dans des procédés d'impression de circuits électroniques par voie liquide à basse température. Tout récemment, l'équipe du porteur de projet a décrit dans la littérature les propriétés remarquables d'une nouvelle série d'oligothiophènes en terme de performance, et, particulièrement, de stabilité en stockage et sous fonctionnement. Cependant ces distyryl-oligothiophenes sont insolubles dans les solvants organiques, ce qui compromet une utilisation économiquement viable en électronique organique. Ce projet a pour but deux objectifs principaux. Le premier concerne la synthèse d'une nouvelle série de molécules basées sur le squelette distyryl-oligothiophène et fonctionnalisées aux extrémités par divers groupes solubilisants. Cette partie du travail repose sur une approche en ingénierie moléculaire et sera mise en œuvre au GCOM2 (UMR 6114 CNRS Université de la Méditerranée Campus de Luminy, Marseille), laboratoire d'appartenance du coordinateur du projet. Les nouveaux composés serviront à fabriquer des transistors à effet de champ par dépôt liquide à la tournette (spin-coating). Le deuxième volet du projet va permettre de développer une méthode basée sur les lasers pulsés (laser-induced forward transfer LIFT) pour déposer localement et avec une grande résolution spatiale des films minces d'oligothiophènes et fabriquer des transistors organiques. Cette étude sera entreprise au LP3 (UMR 6182 CNRS Université de la Méditerranée Campus de Luminy, Marseille), partenaire 2 du projet. Les performances en transistor des films minces obtenus par voie liquide, sublimation et LIFT seront déterminées avec précision et corrélées avec la morphologie et la structure à l'échelle moléculaire des matériaux obtenus selon ces trois procédés. Enfin la stabilité des dispositifs, en stockage et sous fonctionnement, sera évaluée. 2- Programme scientifique Le programme comprend trois parties principales : la synthèse de nouveaux oligothiophènes solubles, le dépôt de film minces d'oligothiophènes par LIFT, et l'étude des transistors basés sur les film minces organiques. 2.1- Synthèse de nouveaux oligothiophènes solubles. La structure de ces molécules dérive de celle des distyryl oligothiophènes dont le GCOM2 a publié la synthèse et les propriétés en 2005. Ces composés ont permis de mettre au point des transistors organiques qui présentent des performances électriques (mobilité) élevées et, en particulier, une stabilité exceptionnelle, pouvant excéder plus de 17 mois de stockage en conditions ambiantes. Cette partie du travail prévoit la synthèse d'une série de molécules analogues dont la solubilité accrue en solvant organique sera assurée par l'introduction de groupes solubilisants sur le squelette distyryl oligothiophène. Trois types de motifs solubilisants sont envisagés. Dans un premier temps, des chaînes alkyles, linéaires ou ramifiées, seront introduites en position para des ...