Caractérisation et modélisation de la diode organique

par Stephane Altazin

Thèse de doctorat en Sciences et technologie industrielles

Sous la direction de Georges Pananakakis.

Soutenue le 29-09-2011

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....) , en partenariat avec Institut de la Microélectronique, Electromagnétisme et Photonique (équipe de recherche) et de Institut de Microélectronique, Electromagnétisme et Photonique (laboratoire) .

Le président du jury était Lionel Hirsch.

Le jury était composé de Georges Pananakakis, Raphael Clerc, Romain Gwoziecki, Pierre Vacher, Jean Sulem, Jean Hugonnard.

Les rapporteurs étaient Denis Mencaraglia, Beat Ruhstaller, Eric Wehrli.

mots clés

• Électronique organique
• Modélisation
• Diode

Résumé

Cette thèse est dédiée à la modélisation et à la compréhension du fonctionnement de dispositifs organiques et plus particulièrement des diodes organiques. Tout d'abord, nous avons modélisé et analysé les caractéristiques courant-tension en mode statique de dispositifs planaire (diodes) ou longitudinaux (barreaux résistifs) à base de TIPS-pentacene. Nous avons pu ainsi expliquer l'origine du redressement en courant pour ce type de dispositifs à base de semi-conducteur non-dopé. L'aspect dynamique a ensuite été pris en compte, avec la proposition d'un modèle numérique et d'un modèle analytique simplifié du comportement en temporel de la diode, ce qui a permis de déterminer quels sont les paramètres physiques impactant la fréquence de coupure. Enfin, compte tenu de l'intérêt grandissant des photodiodes organiques, nous nous intéresserons également dans la dernière partie à la modélisation de la diode sous flux lumineux, pour des applications en tant que cellules solaire ou des photodétecteurs. Nous étudierons dans cette dernière partie l'impact des paramètres électriques et optiques du dispositif (épaisseur, mobilité, taux de dissociation des excitons, indice optique, etc.) sur les courants d'obscurité et sous illumination, et donc les rendements de conversion.

mots clés

• Organic electronic
• Modelisation

Titre traduit

Understanding of injection phenomenons and optimization of electrodes for organic electronic

Résumé

This report is dedicated to the modelling and understanding of organic devices functionement and more particularly to organic diodes. First, we modelled and analysed I-V caracterisations of planar (diodes) and longitudinal (resistive sticks) devices made with TIPS-pentacene. We could explain the reason of the rectifying behavior of devices based on undoped semiconductor. The dynamic aspect was then analysed with the help of a numerical model which was simplifyed in a semi-analytical one. This allowed us to find parameters who have an impact on the cutoff frequency. Finally, as there is a growing interest on organic photodiodes whose applications are organic photodetectors or solar cells, we modellised, in the last part, the impact of light on the functionnement of organic diodes. We studyed the impact of both electrical parameters and optical ones (thicknesses, mobility, dissociations rate of excitons, optical indexes, etc...) on dark current and under illumination.