Etude des propriétés physiques et de transport dans des films d'ITO et de ZnO (dopé ou non) pour dispositifs optoélectroniques organiques

par Firas Hijazi

Thèse de doctorat en Electronique des Hautes Fréquences, Photonique et Systèmes

Sous la direction de Bruno Lucas.

Soutenue en 2010

à Limoges , dans le cadre de École doctorale Sciences et ingénierie pour l'information, mathématiques (Limoges2009-2018) , en partenariat avec XLIM (laboratoire) et de Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques (autre partenaire) .

Le président du jury était Bernard Ratier.

Le jury était composé de Mihaela Girtan, Abdelkrim Maaroufi, Bernard Ratier.

Les rapporteurs étaient Mihaela Girtan, Abdelkrim Maaroufi.

mots clés

• Pulvérisation par faisceau d'ions (IBS)
• Oxydes métalliques
• Semiconducteurs -- Dopage
• Pyrolyse
• Conduction électrique
• Semiconducteurs

Résumé

Nous présentons les propriétés structurales, morphologiques, optiques, électriques, thermoélectriques et de transport de couches minces d’oxydes transparents et conducteurs (ITO et ZnO dopé ou non) obtenues par pulvérisation ionique (IBS) et par pyrolyse en spray. Nous avons mis en évidence des propriétés originales en fonction de la température comme la transition d’un état métallique à semi-conducteur dans le cas de l’ITO et d’un état semiconducteur à un comportement de « type métallique » pour le ZnO (dopé ou non). Ces phénomènes ont été expliqués par des mécanismes d’adsorption et de désorption de l’oxygène. A partir d’une méthode de dépôt facile à mettre en oeuvre et peu coûteuse : la pyrolyse en spray, nous avons dopé le ZnO avec différents précurseurs (type n et type p). Si le dopage de type n est bien maîtrisé par cette technique, le dopage de type p reste encore controversé ; les principales raisons sont liées à des effets d’auto-compensation par des défauts intrinsèques et extrinsèques. Enfin, nous présentons une étude comparative de la détermination de la mobilité dans le pentacène par différentes méthodes. Nous montrons qu’il est intéressant de disposer de méthodes simples à mettre en oeuvre pour mesurer la mobilité, comme la spectroscopie d’impédance.

Titre traduit

Study of physical and transport properties of ITO and ZnO films (doped or undoped) for organic optoelectronic devices

Résumé

We present structural, morphological, optical, electrical, thermo-electrical and transport properties of thin layers of transparent conducting oxides (ITO and ZnO doped or undoped) obtained by Ion Beam Sputtering and Spray Pyrolysis techniques. We underlined original physical properties as a function of temperature, such as a transition from a metallic to a semi-conductor state in the case of ITO and a transition from a semi-conductor to a metallic state in the case of ZnO (doped or undoped). These phenomena have been explained by oxygen adsorption and desorption. ZnO thin films have been doped using different precursors (n-type and p-type) by the Spray Pyrolysis technique, which has been chosen because it is cheap and easy to implement. The n-type doping of ZnO by this technique is well controlled, however the p-type doping is still to be discussed due to auto-compensation effects by intrinsic and extrinsic defects. Finally, we present a comparative study of several methods used to determine the pentacene mobility. We show that the use of dielectric impedance spectroscopy is relevant to extract the mobility as it is one of the easiest method to implement.