Polymérisation des alcynes par métathèse : application à la réalisation de transistors organiques à film mince

Polymerization of alkynes by metathesis : application to the realization of organic thin film transistors

• Auteur / Autrice : Nela Bejenaru
• Direction : André Mortreux, Dominique Vuillaume, Kamal Lmimouni, Régis Gauvin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Molécules et matière condensée
• Date : Soutenance le 11/12/2009
• Etablissement(s) : Lille 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Catalyse homogène

Transistors à effet de champ

Semiconducteurs organiques

Polymérisation

Propriétés électroniques

Synthèse (chimie)

Alcynes

Métathèse (chimie)

Mots clés libres

Polymères -- Greffage

Résumé

Ce travail est consacré à la polymérisation des alcynes par métathèse en vue de la réalisation de transistors à effet de champ. Nous nous sommes d’abord intéressés à la synthèse des matériaux intrinsèques de type arylèneéthynylènes (PAE, OAE) différemment substitués par métathèse. Par la suite, nous avons testé les potentialités de ces matériaux en termes de propriétés électroniques (conductivité et transport de charges) en fonction de la diversité des structures et des longueurs de chaînes obtenues. Parmi ces matériaux, le monomère 1,4-di (propynyl) benzène M2 et son produit d’oligomérisation P2 (DPn = 4) ont montré un caractère semiconducteur de type P (conductivité de l’ordre de 10-7 S/cm). Nous les avons alors choisis comme couche active pour la réalisation de transistors à effet de champ. Les transistors à base de M2 et de P2 présentent respectivement des mobilités moyennes de 10-5 cm2/V.s . Ces performances ont été améliorées dans le cas du P2 par la fonctionnalisation du diélectrique avec une monocouche auto- assemblée de perfluorodécyltrichlorosilane (µ = 10-4 cm2/V.s), et par le contrôle de la température du substrat lors du dépôt par évaporation sous vide (µ ~ 10-3 cm2/V.s). La dernière partie de cette thèse est consacrée à la réaction de polymérisation directe des alcynes terminaux (heptyne-1 et propyne) sur des catalyseurs préalablement greffés sur des embases transistors. Bien que la réaction de polymérisation se soit avérée incomplète des croissances sur des domaines de quelques µm ont été observées, validant ainsi le concept de synthèse de polymères par le biais du greffage en surface des espèces actives. En termes de caractérisation électrique, aucun effet de champ n’a été observé. Cependant, un caractère semiconducteur de nos matériaux a été montré (s = 10-3 à 10-6 S/cm).

This work is dedicated to the alkyne metathesis polymerization for the realization of organic field effect transistors (OTFT). We have been first interested in the synthesis of differently substituted aryleneethynylene materials (PAE, OAE) using the metathesis reaction. We next tested the potentialities of these materials in terms of electronic properties (condyctivity and charge transport), as a function of the structure diversity and chain lengths of the polymers. Among those, the 1,4-di (propynyl) benzene M2 monomer and its oligomerization product P2 (DPn = 4) have shown a p type semiconductor behaviour (conductivity of ca 10-7 S/cm). Organic field effect transistors based on these materials (M2 and P2) exhibited field effect mobilities of around 10-5cm2/V.s. P2 OTFT mobilitie enhancements were obtained , either via functionalization of the substrate with Self Assembled Monolayers of perfluorodecyltrichlorosilane (µ= 10-4 cm2/V.s), or via the control of the substrate temperature at 40°C during deposition (µ = 10-3cm2/V.s). The last part of this thesis is devoted to the polymerization reaction of terminal alkynes (hept-1-yne and propyne) on catalysts grafted onto the substrates. Although the polymerization reaction has been revealed to be incomplete by XPS studies, local chain growths were observed on micrometer domains using AFM and MEB spectroscopies, which validates the concept of grafting the catalyst on the transistor base. No field effect was observed, but conductivities between 10-3 and 10-6 S/cm were found, as a probe for the semiconductivity character of the organic layer.