Impression par laser (LIFT) de transistors organiques en films minces

par Ludovic Rapp

Thèse de doctorat en Sciences des matériaux, physique, chimie et nanosciences

Sous la direction de Philippe Delaporte et de Anne patricia Alloncle.

Le président du jury était Frédéric Fages.

Le jury était composé de Philippe Delaporte, Anne patricia Alloncle, Frédéric Fages, Maria Dinescu, Kamal Lmimouni, Pere Serra.

Les rapporteurs étaient Maria Dinescu, Kamal Lmimouni.


  • Résumé

    L’utilisation de composés organiques comme matériaux actifs représente la prochaine génération technologique. Ils permettent notamment un procédé de fabrication moins cher,de grands rendements de production ainsi que la capacité d’employer des supports souples.Ce travail présente le développement d’une technique de transfert reposant sur l’ablation laser pour le dépôt fonctionnel de films minces localisé de matériaux organiques et inorganiques en phase liquide ou solide dans le but de fabriquer des transistors à films minces organiques (OTFT).La technique de dépôt est basée sur le LIFT (laser-induced forward transfer), dont le principe de fonctionnement implique que le matériau à transférer soit préalablement préparé sur un substrat transparent. Le matériau est irradié à travers ce dernier par une impulsion laser, déclenchant l’ablation et l’éjection de la matière du substrat. Le matériau éjecté est alors recueilli sur un substrat récepteur placé devant le film donneur. Par cette méthode, des structures précisément définies par la forme du faisceau laser peuvent être transférées.L’irradiation directe de la matière à transférer n’est pas admissible pour les composés sensibles, par conséquent, une modification de la technique a été introduite pour résoudre cette limitation. Cette modification implique l’utilisation d’une couche sacrificielle, qui est spécialement adaptée pour l’ablation laser dans l’ultraviolet. Cette couche sacrificielle est déposée entre le substrat et le matériel à transférer, son but est d’absorber l’impulsion laser, de se décomposer et de propulser le matériau sur le substrat receveur tout en le protégeant de l’irradiation laser. Des matériaux métalliques et un matériau organique, le polymère triazene, ont été étudiés.Le processus de transfert a été étudié par ombroscopie résolue en temps. L’analyse de la trajectoire du matériel éjecté ainsi que de l’onde de choc créée par l’ablation a été effectuée. Ces mesures nous ont permis de déterminer les conditions de transfert optimales pour chacun des matériaux étudiés et ont montré que la condition la plus favorable pour un transfert réussi est le proche contact dans le cas des matériaux en phase solide et quelques centaines de micromètres pour les matériaux en phase liquide.Enfin, la fabrication de transistors organiques opérationnels dans différentes configurations(bottom et top gate en configuration bottom et top contact) est démontrée. Les structures imprimées prouvent la capacité de la technique LIFT à transférer différents types de matériaux en maintenant leurs propriétés à un niveau significatif de performance. Le transfert d’un ensemble multicouche OTFT est étudié. Les pixels transférés sont entièrement fonctionnels et présentent des propriétés compétitives à des dispositifs préparés par des techniques classiques

  • Titre traduit

    Laser printing of organic thin film transistors


  • Résumé

    The use of organic compounds as active materials represents the next generation oftechnology, enabling cheaper manufacturing process, high production and ability to useflexible substrates. This work presents the development of a transfer technique based onlaser ablation for the deposition of functional thin film of organic and inorganic materials,in liquid or solid phase, in order to achieve organic thin film transistors (OTFT).The deposition technique is based on the LIFT (laser-induced forward transfer), whoseworking principle involves a transparent substrate coated with the material to transfer. Thematerial is irradiated through the substrate by a laser pulse, which triggers the removaland ejection of the material from the substrate. The ejected material is then collected on asubstrate receiver placed in front the donor film. By this method, precise patterns definedby the shape of the laser beam can be transferred.Direct irradiation of the transfer material is not admissible for sensitive compounds,therefore a modification of the technique was introduced to solve this limitation. The modificationinvolves the use of a sacrificial layer, which is specially adapted for laser ablationin the ultraviolet. This sacrificial layer is deposited between the substrate and the materialto transfer, its purpose is to absorb the laser pulse, decomposes and propel the materialonto the receiver substrate while protecting it from laser irradiation. Metals and an organicmaterial, the triazene polymer, is studied.The transfer process has been studied by time-resolved shadowgraphic imaging technique.The trajectory analysis of the ejected material and of the shock wave created bythe ablation has been performed. These measures have enabled to determine the optimaltransfer conditions for each studied materials and have shown that the most favorablecondition for successful transfer is the close contact, in the case of materials solid phase,and few hundred micrometers for materials liquid phase.Finally, the fabrication of operating organic transistors in different configurations (bottomand top gate in bottom and top contact architectures) is demonstrated. The printedstructures reveals the ability of the LIFT technique to transfer different kinds of materialsmaintaining their properties at a significant level of performance. The transfer of a multilayersystem is also studied. Transferred pixels are fully functional and exhibit competitiveproperties face devices prepared by conventional techniques


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