Transistors organiques à effet de champ pour une électronique flexible et écoresponsable : étude et optimisation d'OFET de type N sur substrats biosourcés

Organic field effect transistors for flexible and eco-friendly electronics : Study and optimization of N-type OFETs on biosourced substrates

• Auteur / Autrice : Sarah El Habchi Nguyen
• Direction : Emmanuel Jacques, Olivier de Sagazan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 28/10/2022
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : MATHSTIC
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Électronique et de Télécommunications (Rennes)
• Jury : Président / Présidente : France Le Bihan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marc Ternisien
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thomas Heiser, Philippe Blanchard

Mots clés

Mots clés contrôlés

?lectronique verte

Transistors organiques ? effet de champ

Mots clés libres

Semi-Conducteurs organiques

Transistors organiques ? effet de champ

Stress électrique

Stabilité de l'air

Substrat biosourc? flexible

Electronique verte

Organic semiconductors

Organic field effect transistors

Electrical stress

Air stability, flexible biosourced substrate

Green electronics

Résumé

L’utilisation de matériaux organiques permet la conception de différents dispositifs électroniques à basse température et sur différents types de substrats. Les transistors à effet de champ organiques (OFETs) en font partie, leurs performances électriques encourageantes permettent la réalisation de circuits intégrés. Cependant, ces performances et la stabilité électrique et à l’air des OFETs nécessitent encore des améliorations. Cette thèse s’inscrit dans ce contexte et se compose de deux volets principaux : 1) la réalisation d’OFETs sur substrat rigide à très basse température et 2) le transfert technologique vers des OFETs sur substrat flexible biosourcé afin d’envisager de nouvelles applications bas coûts, portables et voire même viser une électronique verte et écoresponsable. Pour le premier volet, les objectifs étaient les suivants : 1) l’optimisation, la caractérisation électrique d’OFETs de type N et l’analyse de leurs performances électriques, 2) l’étude de leur stabilité électrique sous l’effet d’une polarisation continue de longue durée et 3) l’amélioration de la stabilité à l’environnement ambiant de ces OFETs. Pour le second volet, différents objectifs ont été visés : 1) l’optimisation d’un film à base d’agar pour la fabrication d’un substrat biosourcé, 2) assurer la résistance du film aux différentes étapes de fabrication de l’OFET et 3) étudier la faisabilité de l’OFET à base d’agar, évaluer sa stabilité électrique et comparer ses performances à celles d’un OFET sur verre. Les résultats obtenus sont très encourageants et ont démontré la faisabilité d’OFET fabriqué sur ces substrats biosourcés flexibles avec une mobilité d'effet de champ µFElin = 7.10-2 cm2/V.s, une tension de seuil VTH = 7 V, et un rapport de courant IDON/ IDOFF = 7.103.

The use of organic materials allows the fabrication of electronic devices at low temperature and on different types of substrates. Organic field effect transistors (OFETs) are one of them, their encouraging electrical performances allow the realization of complex integrated circuits. However, these performances and the electrical and air stability of OFETs still need to be improved. This thesis was part of this context, and consist of two main parts: 1) the achievement of OFETs on rigid substrate at very low temperature 2) the technology transfer to OFETs on flexible biosourced substrate in order to consider new low-cost, portable and even aiming at green and ecoresponsible electronics. For the first part, the objectives were the following : 1) the optimization, the characterization of N-type OFETs and the analysis of their electrical performances, 2) the study of their electrical stability under the effect of a continuous bias, and 3) the improvement of the stability to the ambient environment of these OFETs. For the second part, different objectives were targeted: 1) the optimization of an agar-based film for the fabrication of a biosourced substrate, 2) to ensure the resistance of the film to the different steps of the OFET fabrication, and 3) to study the feasibility of the agar-based OFET to evaluate its electrical stability and to compare its performances to those of the OFET on glass. The obtained results are very encouraging and demonstrated the feasibility of OFET fabricated on these soft biosourced substrates with a field effect mobility µFElin = 7.10-2 cm2/V.s, a threshold voltage VTH = 7 V and a current ratio IDON/ IDOFF = 7.103.