Impression laser de transistors organiques en films minces – ILTO

Lors de la réalisation du projet e-PLAST (ANR Blanc 2006), le CINaM et le LP3 ont réussi pour la première fois à imprimer un transistor organique en film mince (OTFT) par un procédé laser. Ce procédé dénommé LIFT (Laser-Induced Forward Transfer) permet de transférer, à partir d’un substrat donneur, des pixels de dimensions micrométriques (3 à plusieurs centaines de microns) de matériaux organiques et inorganiques en phase liquide ou solide avec une résolution sub-micronique. Des OTFTs de type n et de type p ont été imprimés avec succès, mais leurs performances sont restées de un à deux ordres de grandeurs inférieures aux performances d’OTFTS similaires réalisés par évaporation sous vide en utilisant des masques pour obtenir la résolution spatiale. Parmi les causes de ces performances réduites, la qualité des interfaces, notamment diélectrique-semiconducteur, semble être prédominante. Il est donc apparu important d’optimiser la réalisation des substrats donneurs, en préparant notamment des films multicouches pour lesquels les interfaces critiques seraient formées sous vide, et en les transférant en un seul tir laser. Deux laboratoires ont rejoint le CINaM et le LP3 pour former le consortium du projet ILTO (Impression Laser de Transistors Organiques en films minces). Le Laboratoire de Physico-Chimie des Matériaux Luminescents (LPCML) et l'Institut des Sciences Moléculaires (ISM), apporteront dans ce projet leur compétences respectivement dans la réalisation de films minces organiques et inorganiques par PLD (Pulsed Laser Deposition) et en caractérisation physico-chimique des films minces. ILTO se décompose en qutre tâches scientifiques, chacune d’entre elles étant coordonnée par l’un des partenaires. Le LPCML aura pour objectifs de réaliser par PLD des substrats donneurs de films minces de matériaux organiques et/ou inorganiques en monocouche ou multicouche et de caractériser leurs propriétés structurales et morphologiques. Ces substrats seront ensuite utilisés dans une seconde tâche, coordonnée par le LP3, pour imprimer des OTFTs par le procédé LIFT, après avoir optimisé individuellement le transfert des différents matériaux. L'étude des caractérisations physico-chimique et structurelles des matériaux imprimés est centrée dans une quatrième tâche coordonnées par l'ISM. Dans cette tâche des outils de caractérisation basés sur de la microscopie électronique et en champ proche (AFM, KPFM, SEM, TEM, XRD) seront mis en place par le CINaM. Des méthodes de microscopie confocales couplées Raman/AFM et Raman/SHG/UV-vis ainsi que la microscopie ellipsomètrique seront utilisées pour obtenir des données morphologiques, chimiques et optiques sur les films imprimés par l'ISM. Une technique de fluorescence résolue en temps associée à un choix pertinent de molécules ‘sondes’ sera utilisée pour étudier la photodégradation des couches organiques induite par l’irradiation laser. Enfin, une quatrième tâche, coordonnée par le CINaM, est dédiée à la caractérisation électrique des transistors imprimés. Des techniques spécifiques seront mises oeuvre pour mesurer la résistance de contact source-drain électrodes et semiconducteur. Des traitements particuliers des électrodes et du diélectrique seront envisagés afin d'améliorer la tenue des matériaux durant le procédé. Bien sûr ces tâches se dérouleront en étroite collaborations entre les différents partenaires. Ce travail doit déboucher sur la caractérisation et la compréhension des mécanismes de modifications des matériaux organiques imprimés par LIFT. L’optimisation de la préparation des films minces par PLD et de leur transfert par LIFT doit ensuite permettre de d’imprimer des OTFTs ayant des performances compatibles avec les nombreuses applications de la microélectronique organique.