Une combinaison de composites mène à une électronique plastique plus rapide

DJEDDA, Arabie Saoudite, April 30, 2012 /PRNewswire/ --

La vitesse à laquelle votre smartphone réagit sous vos doigts est régie par le rythme auquel les charges électriques se déplacent dans les divers composants d'affichage. Les scientifiques de l'Imperial College London (ICL) ont collaboré avec leurs collègues de l'Université des sciences et technologies du Roi Abdallah (KAUST) pour produire des transistors organiques en films minces (TOFM) offrant de manière constante une mobilité de classe opérateur révolutionnaire via le traitement minutieux d'une combinaison de deux semi-conducteurs organiques. Les TOFM et leurs méthodes de traitement offrent une variété d'utilités électroniques pour l'avenir.

Le groupe du Professeur Aram Amassian à la KAUST a fait équipe avec le Dr. Thomas Anthopoulos du Département de Physique de l'ICL ainsi qu'avec ses confrères le Professeur Iain McCulloch et le Dr. Martin Heeney du Département de Chimie pour développer et caractériser un matériau composite améliorant le transport de charge et permettant la fabrication de transistors organiques plus rapides. Ils ont décrit leur nouvelle combinaison de semi-conducteurs dans un article publié dans la revue Advanced Materials, http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201200088/abstract

En réponse aux difficultés que représentent les processus onéreux de déposition sous vide, les chimistes du domaine de l'organique synthétique réussissent de mieux en mieux à synthétiser de petites molécules solubles et conjuguées. « Bien qu'elles aient tendance à former de larges cristaux, la formation reproductible de films uniformes et continus de haute qualité reste un problème », a remarqué le Dr. Anthopoulos, principal chercheur de l'Imperial. En comparaison, les semi-conducteurs en polymères sont souvent assez solubles et forment des films continus de haute qualité mais, jusqu'à récemment, ils n'ont pu réaliser de mobilités de transport de charge supérieures à 1 cm²/Vs.

Dans le cadre de ce travail collectif, les chimistes de l'Imperial, travaillant avec des physiciens en appareils du Centre d'électronique plastique de l'ICL (http://www3.imperial.ac.uk/plasticelectronics) et des scientifiques en matériaux de la KAUST ont combiné les propriétés avantageuses de petites molécules en polymères dans un matériau composite, offrant des performances plus élevées que ces composants seuls, tout en améliorant la stabilité et la reproductibilité d'appareil en appareil.

Les performances accrues sont attribuées en partie à la texture cristalline du composant à petites molécules de la combinaison ainsi qu'à la surface supérieure plane et lisse obtenue du film polycristallin. Ce dernier est crucial dans les dispositifs de fond à grille supérieure, où la surface supérieure de la combinaison de semi-conducteurs forme l'interface semi-conducteur-diélectrique lorsque revêtue par le diélectrique en polymères.

L'aspect lisse et continu de la surface ainsi que l'absence de joints de grains apparents sont peu courants pour les petites molécules autrement hautement polycristallines sous forme pure, suggérant que le liant polymère aplanit et peut même revêtir les cristaux de semi-conducteurs d'une fine nanocouche. « Les performances de cette combinaison de molécules de polymères dépassent les 5 cm^[2]/Vs, ce qui se rapproche énormément de la mobilité monocristalline précédemment rapportée pour la molécule elle-même », a commenté le Prof. Amassian, co-auteur de la KAUST.

Les scientifiques en matériaux de la KAUST se sont chargés de la séparation de phase, de la cristallinité et de la morphologie de la combinaison de semi-conducteurs organiques en utilisant une association de diffusion de rayons X synchrotrons sur l'axe de faisceau D1 de la Source d'énergie élevée de synchrotrons de Cornell (CHESS), de microscopie électronique en transmission trans-sectionnelle à énergie filtrée (EF-TEM) et de microscopie à force atomique en modes topographique et phase.

« Ce travail est particulièrement palpitant car il montre qu'en appliquant de puissantes techniques de caractérisation complémentaires sur ces combinaisons organiques complexes, on peut en apprendre beaucoup sur leur fonctionnement. Il s'agit d'un exemple typique d'étude de la relation structure-propriété soulignant l'utilité de telles collaborations », a déclaré le Professeur Alberto Salleo de l'Université Stanford, un expert en matière de caractérisation structurale avancée des semi-conducteurs en polymères. « Une mobilité de 5 cm²/Vs est déjà spectaculaire. Les méthodes décrites tracent la voie pour permettre aux chercheurs d'obtenir des mobilités encore plus élevées. »

« En principe, cette simple approche de combinaison révolutionnaire pourrait mener au développement de transistors organiques aux performances allant bien au-delà des standards actuels », a ajouté le Dr. Anthopoulos.

Pour tout complément d'information :
Christopher Sands, Responsable des Communications de l'université
christopher.sands@kaust.edu.sa
+966-54-470-1201(le Dr. Aram Amassian accorde des entretiens)