Etude et modélisation des photodiodes organiques imprimées pour application à la détection infrarouge

par Antoine Gras

Projet de thèse en Nano electronique et nano technologies

Sous la direction de Raphaël Clerc.

Thèses en préparation à l'Université Grenoble Alpes , dans le cadre de Electronique, Electrotechnique, Automatique, Traitement du Signal (EEATS) , en partenariat avec CEA/LITEN (laboratoire) depuis le 01-12-2011 .


  • Résumé

    Le sujet de thèse proposé s'inscrit dans le domaine des photodiodes organiques innovantes, notamment celle destinées à des applications dans le proche infra-rouge (de 800nm à 1.3, voire 1.5µm). Aujourd'hui, les photodiodes organiques prennent un véritable essor que ce soit pour des applications de cellules solaires, de la reconstruction d'image ou des applications de détection. L'augmentation de la longueur d'onde de collecte au-delà du spectre visible est un point majeur pour améliorer tant le rendement des cellules solaires que pour améliorer la détection d'objets. Les technologies permettant d'améliorer la collecte de photons dans le proche infra-rouge suivent majoritairement 2 axes, à savoir la recherche de polymère absorbeurs à faible gap ou l'utilisation de structures hybrides polymères organiques - nanoparticules inorganiques à base de matériaux à faible gap. Même si de nombreuses avancées sont réalisées dans ces domaines par les chimistes, de nombreuses questions au niveau des performances électriques et des compromis relatifs à chacune de ces approches. Le Laboratoire des Composants Imprimés étudie ainsi actuellement l'incorporation de nanoparticules dans sa technologie de photodiode organique, ainsi que des polymères absorbeurs à faible gap fournis par ses partenaires chimistes. Ainsi, le sujet de thèse proposé vise à adresser la modélisation et la compréhension des phénomènes électro-optiques dans des photodiodes organiques développées pour l'infra-rouge. Il s'agira en particulier de - mieux comprendre et modéliser le courant d'obscurité en tenant compte des paramètres physiques des matériaux (gap des semiconducteurs organiques et des éventuelles nanoparticules, rôle des contacts) - de mieux comprendre et modéliser la propagation et l'absorption de la lumière au sein des différents types de photodiodes (organique seule ou hybrides, rôle de la densité de nanoparticules, …) - de mieux comprendre et modéliser le rôle des interfaces des hétérostructures organiques/inorganique dans le processus de séparation des excitons et la génération des charges libres - de mieux comprendre et modéliser les phénomènes de transport dans ce type de structure hybrides (conduction de type hopping, temps de réponse, etc.) - de proposer des modèles analytiques adaptés à la modélisation et la simulation de circuits à base de ces photodiodes, dans le domaine statique et dynamique, - de proposer des pistes d'améliorations des performances des photodiodes (diminution du courant d'obscurité, amélioration de la collecte des charges photogénérées, etc) organiques. Le doctorant s'appuiera sur les ressources du LCI en terme de fabrication de photodiodes et de caractérisation électro-optique, ainsi que sur l'expérience de l'IMEP dans le domaine de la modélisation et la caractérisation électrique des composants à semiconducteurs. Le travail demandé consistera en une approche théorique poussée de la modélisation du fonctionnement électrique des photodiodes pour l'infra-roue proche, aussi bien en utilisant des outils de simulations numériques qu'en développant des modèles analytiques originaux.

  • Titre traduit

    Near infrared organic photodiodes modelling


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