DS0710 - Micro et nanotechnologies pour l’information et la communication

Technologie alternative pour les photodétecteurs infrarouge – TAPIR

Alternative Technology for Infrared Photodetectors

L’objectif du projet TAPIR est de concevoir des photo-détecteurs organiques imprimables pour le proche infra-rouge car à ce jour il n’existe pas de solution technique à faible coût permettant de réaliser de tels composants. Le but final étant d’intégrer ces composants pour la réalisation d’interfaces homme/machine sans contact, notamment pour limiter la propagation des agents pathogènes le domaine de la santé.

Enjeux et objectifs du projet TAPIR

Les objectifs du projet consistent à concevoir de nouveaux semi-conducteurs organiques (polymères et petites molécules) pour la réalisation de photodétecteurs dans le proche infrarouge. Les contraintes sont <br />1/ la synthèse de polymères et petites molécules absorbant dans le proche infrarouge <br />2/ l'obtention de couches homogènes par impression (traitements de surfaces, formulation d'encres et utilisation de solvants «verts«) <br />3/ la réduction du courant d'obscurité. Ce point est crucial car il détermine la limite de détection. <br />4/ le transfert de l'architecture optimale sur les outils industriels et la réalisation d'un démonstrateur

La méthodologie consiste à allier modélisation et expérience de façon à limiter l'approche essais/erreurs. La construction du projet et le choix des partenaires repose sur cette approche
La synthèse est guidée par la chimie quantique et en retour, la modélisation s'appuie sur les résultats expérimentaux pour affiner le model
L'architecture des photodétecteurs est guidée par la modélisation des dispositifs. Le model est quant à lui affiné par les données expérience,tales résultantes des caractérisations physiques avancées réalisées sur les nouveaux semi-conducteurs
La formulation des encres et le traitement des surfaces s'appuie sur les compétences des laboratoires de chimie et d'électronique en prenant en compte dès le début les contraintes industrielles d'ISORG

Les premiers matériaux synthétisés ont les caractéristiques attendues pour l'absorption et la mobilité des charges. Le modèle utilisé pour la prédiction des forces d'oscillateurs et des transitions énergétiques est validé
Nous avons mis en places tous les outils de caractérisations des photodétecteurs (statique et dynamique) ainsi qu'un banc de courant stimuléthermiquement pour étudier les mécanismes de dégradation.

Dès que les problèmes de courant d'obscurité sont résolus (état de la couche, dopage résiduels) nous pourrons avancer dans la modélisation de photodétecteurs NIR pour optimiser l'architecture des dispositifs
La transfert sur l'outil industriel arrivera en suivant

1 article RICL
5 communications dans des conférences internationales (dont 1 invitée)
2 communications dans des conférences nationales

Le domaine des interfaces homme/machine (IHM) est en plein expansion car la demande est de plus en plus forte. Le projet TAPIR a pour ambition de réaliser des photo-détecteurs organiques imprimés et de les intégrer dans des interfaces homme/machine (IHM) sans contact. Les applications visées concernent dans un premier temps le domaine de la santé car une forte demande existe pour des IHM limitant la propagation des agents pathogènes. Des marchés plus importants en volume, tels que la gestion des stocks pour les entreprises ou la sécurité voire également l’industrie du jeu, sont également visés dans un second temps. A ce jour, il n’existe pas de solution technique à faible coût permettant de réaliser de telles interfaces et l’approche « semiconducteur organique » apparaît comme une solution pertinente et viable économiquement. Pour augmenter la robustesse des IHM, il est important de décaler le spectre utile vers le proche infra-rouge de façon à s’affranchir des variations continues de la lumière ambiante et à être invisible à l’œil humain. Etant que la grande majorité des IHM sont contrôlées avec la main et que réflectivité de la peau est optimale dans la gamme spectrale 850-950nm, nous avons ciblé cette fenêtre dans le cadre du projet TAPIR.
Les verrous scientifiques et technologiques à lever pour aboutir à l’objectif de TAPIR se concentrent sur les matériaux, la détectivité des photo-détecteurs, le transfert sur l’outil industriel et la fiabilité des dispositifs. L’ensemble de ces nœuds sera abordé dans TAPIR.
Le consortium a été choisi pour la complémentarité des expertises. Nous avons choisi d’impliquer une équipe pour la modélisation des molécules afin de guider les étapes de synthèse et une autre pour la modélisation des dispositifs de façon à orienter l’architecture des photo-détecteurs et à déterminer les mécanismes de défaillances. Cette méthodologie a pour objectif de s’affranchir de l’approche « essais/erreurs » qui est très consommatrice de temps et d’efforts. Nous avons également choisi d’aborder les deux voies « petites molécules solubles » et « polymères » car chacune d’elle présente des avantages et des inconvénients. L’expérience des cellules solaires et des transistors organiques montre que ces deux voies sont en compétition pour l’impression de dispositifs électroniques et qu’il est encore trop tôt pour faire une sélection. Dans TAPIR, deux laboratoires sont chargés d’optimiser chacune des voies avec l’aide de la modélisation. La réalisation du démonstrateur final sera fait par ISORG qui occupe une place de leader dans le domaine des IHM organiques. Le succès de TAPIR sera pour ISORG une opportunité unique d’innovation et ouvrira de nouveaux marchés.

Coordinateur du projet

Monsieur Lionel HIRSCH (Laboratoire de l'Intégration du Matériau au Système)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

UJM/LabHC Laboratoire Hubert Curien
ISORG ISORG
ICG-AM2N Institut Charles Geradht de Montpellier - Architectures Moléculaires et Matériaux Nanostructurés
ISM Institut des Sciences Moléculaires
IPREM Institut des Sciences Analytiques et de Physico-Chimie pour l’Environnement et les Matériaux
IMS Laboratoire de l'Intégration du Matériau au Système

Aide de l'ANR 881 227 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2015 - 42 Mois

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