Charge transport properties of organic semiconductors : application to field effect transistors

par Daniele Braga

Thèse de doctorat en Surfaces, interfaces, matériaux fonctionnels

Sous la direction de Giles Horowitz et de Alessandro Borghesi.

Soutenue en 2009

à Paris 7 , en partenariat avec Università degli studi di Milano - Bicocca (autre partenaire) .

  • Titre traduit

    Etudes des propriétés de transport de charges dans les semiconducteurs organiques : application aux transistors à effet de champ


  • Résumé

    Nous avons caractérisé différents configurations de transistors organiques à effet de champ (OFETs) en utilisant des monocristaux de rubrène. Ce dernier est un matériau organique fortement ordonné avec lequel il est possible d'obtenir des mobilité élevée. Tout d'abord, nous avons étudié les propriétés du monocristal de rubrène, en analysant les caractéristiques courant-tension de diodes symétriques avec la théorie du courant limité par la charge d'espace (SCLC). Cette étude nous a permis de montrer que ce matériau se caractérise par une faible densité de défauts ainsi qu'une faible densité de porteurs de charge générés thermiquement. A partir de ce résultat, nous avons analysé transistors organiques à jonction métal/semiconducteur (MESFETs). Ces dispositifs non-conventionnels se sont révélés être des FETs performants, où l'injection des porteurs de charges de la source est contrôlée par la tension appliquée à la grille, choisie de manière à former un contact non-ohmique avec le semiconducteur. Finalement, nous avons étudié les transistors à jonction métal/isolant/semiconducteur (MISFETs). Le comportement courant-tension en-dessous de la tension de seuil ne varie pas de fonction exponentielle, contrairement à la prédiction de la théorie inorganiques. Un comportement linéaire, fonction de la tension de grille est observé excepté sur une région étroite de transition dans laquelle le comportement est pseudo-exponentiel. Une description semi-analytique alternative a été établie en prenant en compte l'effet d'un niveau de pièges localisé sur la distribution de charges libres dans le canal. Niveau dont la présence a été précédemment mise en évidence lors de l'analyse SCLC.


  • Résumé

    In order to go deeper in the knowledge of the fundamentals of Organic Field Effect Transistors (OFETs), we have characterized different typologies of OFETs using rubrene single crystals. The latter are highly ordered organic semiconductors with which high mobility transistors can be fabricated. First we have obtained a detailed picture about the properties of a rubrene single crystal, by analyzing the current-voltage (I-V) characteristics of symmetric diodes with the Space Charge Limited Current (SCLC) theory. A low density of defects and a low density of intrinsic thermally generated carriers have been found to characterize this material. On this basis, we have analyzed metal-semiconductor-field-effect-transistors (MESFETs). These non-conventional devices have been proved to be efficient organic FETs, in which the process of charge carrier injection from the ohmic source contact is controlled by the voltage applied to a non-ohmic gate electrode. Finally, metal-insulator-semiconductor field effect ; transistors (MISFETs) have been considered. The (I-V) trend below the threshold voltage is not exponential, as predicted by the inorganic theory; instead, it is linear with the gate voltage and it follows a pseudo-exponential behaviour only in a narrow transition region. An alternative semi-analytical description has been provided here by taking into account the effect of a localized trap level on the distribution of free charges. The presence of this discrete trap level was highlighted by the previously conducted SCLC analysis.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (106 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 210 réf.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris Diderot - Paris 7. Service commun de la documentation. Bibliothèque Universitaire des Grands Moulins.
  • PEB soumis à condition
  • Cote : TS (2009) 157
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