ANR-FNS - Appel à projets générique 2018 - FNS

Hétérostructures Van der Waals hybrides pour transistors organiques verticaux à base perméable. – VdW-OPBT

Résumé de soumission

Les hétérostructures stratifiées intégrant des matériaux bidimensionnels tels que le graphène ou les dicalchogénures de métaux de transition et les couches de matériaux inorganiques à l'échelle nanométrique attirent l'attention depuis quelques années. Les matériaux organiques restent cependant peu explorés dans ce contexte, en particulier pour les couches ultra-minces jusqu'au niveau de la molécule unique. Les hétérostructures mixtes et hybrides ont beaucoup à offrir en termes de physique des interfaces dans des domaines tels que, par exemple, la polaritonique, l'excitonique ou les phases topologiques et fournissent des nouveaux comportements émergents pour l'électronique et l'optoélectronique.
Dans ce contexte, les transistors organiques verticaux promettent de surpasser les indicateurs de performance habituels des transistors organiques horizontaux à couche mince tels que la transconductance, la fréquence de coupure et la haute intégration. Jusqu'à présent, la recherche sur ce type de dispositifs s'est surtout concentrée sur les transistors à effet de champ organique verticaux. Un autre type de transistor, le transistor à base verticale perméable reste cependant peu étudié bien que le graphène, en tant que membrane semi-perméable pour électrons, pourrait offrir ici un contrôle exceptionnel.
Notre objectif principal avec ce projet est de fournir une meilleure compréhension fondamentale de l'interface dans les hétérostructures hybrides et mixtes de Van der Waals avec une bande passante électronique élevée. Nous allons concevoir, fabriquer et étudier des hétérostructures verticales sous forme de d'empilements organiques/graphe/organiques et la qualité de l'interface organique/graphène sera étudiée afin d'optimiser l'injection de charge à travers la base de graphène. Une caractérisation électrique étendue, des fréquences dc jusqu'aux fréquences THz, et des simulations ab-initio seront effectuées pour parvenir à une compréhension approfondie de ces systèmes. La conception hybride des structures proposées combinant des matériaux organiques (semi-conducteurs organiques, graphène), des contacts métalliques et, à terme, des substrats flexibles offre un fort potentiel d'application en électronique flexible utilisant le concept de transistor vertical à base perméable.
Le projet est organisé en trois workpackage scientifiques. (1) Nous nous concentrerons d'abord sur l'assemblage de petites molécules et de semi-conducteurs polymères avec une couche de graphène sur un substrat. Nous caractériserons les propriétés structurales et électroniques de base de cette interface graphene/semi-conducteur organique. (2) Une caractérisation électrique détaillée (DC + AC) nous donnera alors accès à la physique de cette interface et aux paramètres électriques essentiels tels que le transfert de charge entre les couches et la mobilité des porteurs de charge, le dopage au graphène et les paramètres de hauteur de barrière accordable. (3) Enfin, nous étudierons, comme preuve de concept, les propriétés électroniques des transistors organiques verticaux à base de graphène perméable.

Coordinateur du projet

Monsieur Dominique VUILLAUME (Institut d'électronique, de microélectronique et de nanotechnologie)

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

EMPA Eidg. Material und Prüfungsanstalt
IEMN Institut d'électronique, de microélectronique et de nanotechnologie

Aide de l'ANR 197 208 euros
Début et durée du projet scientifique : janvier 2019 - 48 Mois

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