Electrolyte-Gated Tungsten Oxide Transistors: Fabrication, Working Mechanism, Device Performance

Le transistor est l'un des composants clés des ordinateurs, des téléphones cellulaires intelligents, des moniteurs et d'autres produits électroniques qui ont affecté le progrès technologique et scientifique de notre société. Ces dernières années, l'attention a été consacrée à l'étude des transistors utilisant la commutation électrolytique, au lieu de diélectriques solides conventionnels. Bien que l'utilisation d'électrolytes dans l'électronique ne soit pas un nouveau concept, la commutation électrolytique est importante pour le développement de l'électronique flexible et biocompatible. Les transistors à commutation électrolytique ont, en effet, attiré l'attention en raison de leur faible tension d'alimentation (< 2 V) ainsi que de la possibilité d'obtenir une densité de charge aussi élevée que 1014-1015 cm-2 en raison de la capacité élevée de l'interface électrolyte/canal du transistor (1-10 μF·cm-2). Mis à part leur intérêt technologique intrinsèque, les transistors à commutation électrolytique constituent aussi une plateforme expérimentale pour étudier des aspects fondamentaux. Ils sont en effet utilisés pour étudier le transport combiné électronique et ionique, le transport de charge à haute densité de charge et le contrôle électrique des transitions de phase. Différents électrolytes ont été utilisés comme grille électrolytique, tels que des solutions aqueuses d'électrolyte, des polyélectrolytes, des polymères électrolytiques et des liquides ioniques. Parmi ceux-ci, les liquides ioniques se distinguent par leurs propriétés physico-chimiques uniques. En effet, les liquides ioniques peuvent être conçus pour posséder des caractéristiques de volatilité limitée, bonne conductivité ionique, faible viscosité, stabilité thermique élevée et large fenêtre de stabilité électrochimique (jusqu'à environ 5 V), en sélectionnant la structure appropriée pour le cation et l'anion. Les oxydes métalliques sont de candidats prometteurs en tant que matériaux de canal pour les transistors à grille électrolytique. Les semi-conducteurs à base d'oxydes de métaux ont été intensément étudiés au cours des dernières décennies pour les transistors, en particulier pour des applications de type affichage, en raison de leur mobilité de charge élevée, de leur transparence optique, de leur stabilité chimique, facilité de mise en forme et faible coût. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur l'oxyde de tungstène qui peut être synthétisé par de simples méthodes en solution, est sensible à la lumière visible et présente de transitions intéressantes isolant-métal (métallisation).