Solution Processable Semiconductor Thin Films: Correlation Between Morphological, Structural, Optical and Charge Transport Properties

Cette thèse de doctorat est le résultat d'un travail de recherche multidisciplinaire réunissant divers concepts fondamentaux comme l'ingénierie et la caractérisation des couches minces, l'électrochimie ainsi que la physique des dispositifs à base de couches minces semiconductrices. L'objet des expériences menées lors du travail de thèse porte sur les couches minces semiconductrices et leurs interfaces avec des matériaux électroniques ou des couches diélectriques. Le but ultime de la thèse est de mettre en corrélation la morphologie, la structure cristalline et la structure électronique des couches minces, ainsi que leurs propriétés fonctionnelles, avec le fonctionnement des dispositifs électroniques de type transistors utilisant ces mêmes couches minces en tant que matériau actif. En outre, de nouvelles stratégies fondées sur des phénomènes ayant lieu aux interfaces électrolyte/couche mince semiconductrice ont été explorées afin de contrôler la conductivité électrique au sein des couches minces. Trois principaux systèmes chimiques ont fait l'objet d'études approfondies durant cette thèse: deux types de semiconducteurs organiques (oligomère et polymères dérivés d'azométhinethiophènes et dérivés solubles de pentacène) et un semi-conducteur métal-oxyde (le trioxyde de tungstène, WO3). Dans le but d'explorer les propriétés morphologiques de couches minces à base de semiconducteurs organiques, les microscopies à force atomique et à fluorescence en mode hyperspectrale ont été employées. Grâce aux observations réalisées par ces techniques, des hypothèses de corrélation ont été formulées entre les caractéristiques morphologiques et les propriétés de transport des porteurs de charges au sein des couches minces. La diffraction par rayons X en configuration glancing angle (GIXRD, utilisant de la lumière de synchrotron) a été utilisée pour examiner la structure cristalline des couches mais aussi pour en apprendre plus sur l'organisation moléculaire au sein de ces dernières. Pour les transistors en couches minces, une configuration de type bottom contact a été choisie. Les caractéristiques de transfert et de sortie ont été utilisées pour calculer la mobilité des porteurs de charges, le voltage de seuil du dispositif ainsi que le ratio ION/IOFF.