Modélisation des phénomènes de piégeage/dépiégeage dans les semi-conducteurs organiques et développement d’un dispositif de caractérisation de pièges dans les transistors organiques.
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Abstract EN:
This thesis aims to study the reliability of organic transistors. The main limitation of organic transistors is their instability due to the presence of traps able to lower their electrical performances. Our work is about the modelling of trapping/detrapping processes in organic semiconductors and the implementation of a trap characterization experiment on organic transistors. Our model takes into account adapted energetic distributions of both free and trapped carriers in emission and capture processes. It was used on some trap determination measurements on organic semiconductors from the literature using the Deep Level Transient Spectroscopy (DLTS). Our results show that considering relevant DOS for the HOMO/LUMO and for the trap distribution is not only more relevant for organic semiconductors but also allows one to better fit the measures with less contributions. A new model is then proposed to describe defect states in organic semiconductors considering relevant distributions for both free and trapped carriers. Good agreement with experimental defect data is obtained by the DLTS technique. The second theme of our study is about the implementation of a trap characterization experiment on organic transistors. To do so, we studied bias stress effects on the electrical characteristics of our P3HT based transistors. The principal effect observed in our transistors is a shift of the threshold voltage with the bias stress. We found that three trap contributions are responsible of instabilities noticed in our tested transistor, they are confirmed by other authors in the literature. Hence the interest of our experiment in the study of organic transistors reliability.
Abstract FR:
Le sujet de thèse s’inscrit dans le cadre de l’étude de la fiabilité des transistors organiques. La limitation majeure des transistors organiques est due à la présence de pièges dans le composant. Notre étude porte sur la modélisation des phénomènes de piégeage dans les semi-conducteurs organiques (SCO) et la mise en place d’un dispositif de caractérisation de pièges dans les transistors organiques. Le modèle prend en compte des densités d’états gaussiennes pour les porteurs libres et piégés et a été utilisé avec succès pour rendre compte de mesures de spectroscopie de défauts issues de la littérature. Les résultats obtenus montrent que les énergies d’activation de pièges extraites avec le modèle classique sont sous-estimées, de plus il nous faut moins de contributions de pièges pour rendre compte des mesures. Nous proposons ainsi un nouveau modèle permettant de décrire les niveaux de piège dans les SCO. La seconde partie de nos travaux porte sur la mise en place d’un dispositif de caractérisation de pièges dans les transistors organiques. Nous étudions l’effet du stress électrique sur les performances de transistors à base de P3HT en mesurant des transitoires de courant à partir desquels nous déterminons l’évolution temporelle de la tension de seuil (UT) des transistors. Un modèle utilisant une fonction exponentielle étirée permet de rendre compte de l’évolution de UT et d’obtenir une estimation des paramètres de piège. Nous avons montré que dans un transistor à base de P3HT les trous peuvent être capturés par trois contributions de pièges, confirmées par d’autres auteurs, ce qui montre l’intérêt du dispositif pour l’étude de la fiabilité des transistors organiques.