Caractérisation et modélisation des propretés électriques et du bruit à basse fréquence dans les transistors organiques à effet de champ (OFETs)

par Yong Xu

Thèse de doctorat en Micro et nanoélectronique

Sous la direction de Francis Balestra et de Gérard Ghibaudo.

Le président du jury était Giles Horowitz.

Le jury était composé de Francis Balestra, Gérard Ghibaudo, Romain Gwoziecki.

Les rapporteurs étaient Lionel Hirsch, Bruno Sagnes.


  • Résumé

    Les transistors organiques attirent actuellement beaucoup d'attention en raison des avantages uniques par rapport à leur homologue inorganique. En revanche, la compréhension physique du fonctionnement et du transport des porteurs de charge est très limitée. L'objectif de cette thèse est de contribuer à apporter une meilleure compréhension des transistors organiques. Le Chapitre 1 présente les semi-conducteurs organiques : le mécanisme de conduction, les paramètres essentiels, les matériaux typiques etc. Le Chapitre 2 discute des transistors organi-ques en termes de structures, de mécanismes de fonctionnement, de paramètres principaux et des procédés de fabrication. Le Chapitre 3 étudie la caractérisation statique. Après les méthodes classiques, la méthode de la fonc-tion Y est introduite. Subséquemment, des techniques pour extraire les paramètres principaux sont présentées sé-parément. Enfin, les résultats expérimentaux sur nos échantillons sont exposés. Sur la base des données mesurées, les travaux de modélisation sont présentés dans le chapitre 4. Premièrement, une solution de l'équation Poisson est introduite qui donne la distribution de potentiel et donc la distribution de porteurs dans le film organique. Avec la prise en compte des pièges, les résultats obtenus par simulation sont en bon accord avec les données expérimen-tales. A partir de mesures des caractéristiques de courant –tension effectuées à basse température, on propose une procédure d'analyse de la mobilité en utilisant l'intégrale de Kubo-Greenwood. Ensuite, prenant en compte la dis-tribution de porteurs dans le film organique, une solution de l'équation de Poisson est donnée et la mobilité effec-tive est calculée en fonction de la tension de grille et de la température. Le Chapitre 5 est consacré à l'analyse du bruit à basse fréquence. On étudie d'abord le bruit du canal où une domination du bruit provenant des contacts est observée. En conséquence, une méthode TLM pour l'extraction du bruit des contacts est présentée. Ensuite, un procédure d'analyse des sources de bruit dû au contact est aussi proposée. Les résultats de bruit obtenus sur des transistors organiques de différentes origines sont également discutés à la fin.

  • Titre traduit

    Characterization and modeling of static properties and low-frequency noise in organic field-effect transistors (OFETs)


  • Résumé

    Organic transistors recently attract much attention because of their unique advantages over the conventional inorganic counterparts. However, the understanding of their operating mechanism and the carrier transport process are still very limited, this thesis is devoted to such a subject. Chapter 1 presents the organic semiconductors regarding carrier transport, parameters, typically applied materials. Chapter 2 describes the issues related to organic transistors: structure, operating mechanism, principal parameters and fabrication technologies. Chapter 3 deals with the static properties characterization. The commonly used methods are firstly presented and then the Y function method is introduced. Afterwards, the characterization methods for principles parameters are separately discussed. The experimental results on our organic transistors are finally described. Chapter 4 focuses on the mod-eling on the basis of the experimental data, regarding DC characteristics modeling with a solution for Poisson's equation, carrier mobility modeling with using Kubo-Greenwood integral as well as a theoretical analysis of OFETs' carrier mobility involving a solution of Poisson's equation. Chapter 5 analyzes the low-frequency noise in organic transistors. One firstly addresses the channel noise sources and then concentrates on the contact noise extraction and contact noise sources diagnosis. The noise measurements on other samples are also presented.


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