Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Matériaux semiconducteurs organiques“

La spintronique utilisant des matériaux semi-conducteurs est un sujet de recherche très actif. Elle permet de combiner le potentiel des semi-conducteurs avec le potentiel des matériaux magnétiques. Le GaN pourrait être un bon candidat pour des applications en spintronique car le temps de relaxation de spin est très long. La spintronique organique est également un domaine de recherche en plein essor en raison de la longue durée de vie de spin des porteurs de charge ainsi que de leur coût relativement bas, de leur flexibilité et de leur diversité chimique. Dans un premier temps, nous montrerons que la polarisation circulaire de la lumière émise par une LED contenant une couche unique de points quantiques InAs / GaAs (QD) InAs / GaAs dopés p peut atteindre environ 18% sans champ magnétique extérieur. Une corrélation claire est établie entre le degré de polarisation de la lumière émise et l’aimantation perpendiculaire de l’injecteur. La polarisation atteint un maximum pour une polarisation appliquée de 2.5 V à 10 K, ce qui correspond à un courant injecté de 6 µA. En outre, nous observons un comportement remarquable de la polarisation pour un température comprise entre 60K et 80K. L’évolution de la polarisation en fonction de la température est discutée à la lumière de la compétition entre le temps de vie de recombinaison radiative τr et le temps de relaxation de spin τs. De plus, nous avons développé un injecteur de spin présentant une anisotropie magnétique perpendiculaire sur GaN. Nous avons d’abord optimisé la croissance de MgO pour différentes températures du substrat. Nous avons ensuite étudié la croissance de Fe puis de Co sur MgO/GaN. L’injecteur de spin Co(0001)/MgO(111) a été retenu car celui-ci permet d’obtenir un anisotropie magnétique perpendiculaire. De plus, les calculs ab initio ont également montré que l’interface Co/MgO(111) présente une grande anisotropie magnétique. Finalement, nous étudions les MFTJ basés sur une barrière de PVDF organique dopée avec des nano-particules de Fe3O4. Nous avons fabriqué avec succès une multicouche de La0.6Sr0.4MnO3/PVDF:Fe3O4/Co, dans laquelle la barrière organique en poly (fluorure de vinylidène) (PVDF) a été dopée avec des nanoparticules ferromagnétiques de Fe3O4. En modifiant la polarisation du PVDF, l’effet tunnel dans la jonction multiferroïque peut être commuté via la partie LSMO/PVDF/Co (polarisation positive) ou via la partie Fe3O4/PVDF/Co (polarisation négative). Cela correspond à une inversion de la magnétorésistance à effet tunnel (TMR) de + 10% à -50%, respectivement. Notre étude montre que les jonctions tunnel multiferroïques organiques dopées avec des particules magnétiques pourraient créer de nouvelles fonctionnalités en jouant sur l’interaction du magnétisme des nanoparticules avec la ferroélectricité de la barrière organique
Spintronics with semiconductors is very attractive as it can combine the potential of semiconductors with the potential of the magnetic materials. GaN has a long spin relaxation time, which could be of potential interest for spintronics applications. Organic spintronics is also very appealing because of the long spin lifetime of charge carriers in addition to their relatively low cost, flexibility, and chemical diversity. In this thesis, we investigate spin injection in spin LEDs containing either InAs/GaAs quantum dots or InGaN/GaN quantum wells. Moreover, we further study spin polarized transport in organic multiferroic tunnel junctions (OMFTJs). Firstly, we will show that the circular polarization of the light emitted by a LED containing a single layer of p-doped InAs/GaAs quantum dots (QDs) can reach about 18% under zero applied magnetic field. A clear correlation is established between the polarization degree of the emitted light and the perpendicular magnetization of the injector layer. The polarization reaches a maximum for an applied bias of 2.5V at 10K, which corresponds to an injected current of 6 µA. Also, we report a remarkable behavior of the polarization in the temperature region 60-80K. The interpretation of the bias and temperature dependence of the polarization is discussed in light of the competition between radiative recombination time τr and the spin relaxation time τs. In addition, significant efforts have been devoted to developing a perpendicular spin injector on GaN based materials to achieve spin injection without applying a magnetic field. Firstly, the growth of MgO has been investigated at various growth temperatures. Then, we studied the growth of either Fe or Co on MgO/GaN. In contrast to Fe/MgO, the Co/MgO spin injector yields a clear perpendicular magnetic anisotropy. In addition, ab-initio calculations have been performed to understand the origin of the perpendicular magnetic anisotropy at the Co/MgO(111) interface. Finally, we investigate multiferroic tunnel junctions (MFTJs) based on organic PVDF barriers doped with Fe3O4 nano particles. The organic MFTJs have recently attracted much attention since they can combine advantages of spintronics, organic and ferroelectric electronics. We report on the successful fabrication of La0.6Sr0.4MnO3/PVDF:Fe3O4/Co OMFTJ, where the poly(vinylidene fluoride) (PVDF) organic barrier has been doped with ferromagnetic Fe3O4 nanoparticles. By changing the polarization of the ferroelectric PVDF, the tunneling process in OMFTJ can be switched either through the LSMO/PVDF/Co part (positive polarization) or through the Fe3O4/PVDF/Co part (negative polarization). This corresponds to a reversal of tunneling magnetoresistance (TMR) from +10% to -50%, respectively. Our study shows that the doping of OMFTJs with magnetic nanoparticles can create new functionalities of organic spintronic devices by the interplay of nanoparticle magnetism with the ferroelectricity of the organic barrier

Le travail de la thèse comprend un socle commun pour la conception de nouveaux matériaux pour l'électronique organique et la nanoélectronique. Grâce à une approche originale qui consiste à utiliser une monocouche auto-assemblée comme matériau actif dans un dispositif à effet de champ organique, cela nous a amené à proposer la synthèse d'oligothiophènes fonctionnalisés par une chaine alkyle terminée par une fonction acide carboxylique afin de permettre leur fixation sur AI2O3. L'optimisation de la formation des couches auto-assemblées est étudiée par PM IRRAS et AFM. La fabrication de transistors permettant d'atteindre une mobilité de 3. 5. 1CT ¯³ cm²/W. S. Au sein de la monocouche est ensuite détaillée. Dans un second temps, le travail a consisté à rechercher de nouveaux complexes organométalliques dérivés de la 8-hydroxyquinoline comme matériaux électroluminescents pour la fabrication de diodes électroluminescentes. Les ligands obtenus après fonctionnalisation en position 2 et 5 de la quinoline par des oligothiophènes sont ensuite complexés avec de l'aluminium ou du lithium. Après optimisation de la fabrication des diodes en jouant sur la nature du transporteur de trous, de la cathode ou bien des épaisseurs, les résultats ont montrés que certains des complexes synthétisés, notamment à base de lithium présentent de meilleures performances que le composé de référence AIQ3, à la fois en ce qui concerne les tensions de seui mais aussi en ce qui concerne les rendements
This thesis describes the synthesis and characterization of new conjugated materials for organic electronics. In the first part of this work we have developed an original approach to elaborating organic field-effect transistors based on a SAM consisting of bifunctional molecules containing a short alkyl chain linked to an oligothiophene moiety that acts as the active semiconductor. The SAM was deposited on a thin AI2O3 oxide layer that serves as a gate insulator. The SAMs have been characterized by polarization-modulated IR reflection-absorption spectroscopy (PMIRRAS) and AFM. Devices with well defined I/V curves have been obtained with a clear saturation allowing an estimate of the mobility: 3. 5. 1CT ¯³ cm²/W. S. The second part deals with development of new organometallic complexes based on oligothiophene- substituted 8-hydroxyquinoline for organic electroluminescence applications. Lithium and aluminium complexes have been synthesized and characterized. The OLED structures have been optimized by a careful choice of the hole-transporting layers, metal cathodes and the thickness of the emissive layer. The results show that some of the lithium complexes present better performances than the reference material AIQ3 with a lower onset voltage or a higher yield

Le présent mémoire porte sur la réalisation et la caractérisation des couches minces de matériaux organiques. Le but de notre étude étant la réalisation de cellules solaires organiques. De nombreuses techniques de caractérisations physico-chimiques (microscopie électronique à balayage, diffractions de rayons X, spectroscopie de photoélectrons ou XPS, spectroscopie infra-rouge et absorption optique) ont été utilisées afin de déterminer la qualité des couches et d'en améliorer ainsi leur élaboration. Nous avons fabriqué des cellules solaires organiques composées d'un seul matériau phtoactif (ZnPc). Les propriétés optiques et électriques des couches minces de ZnPc sont préservées pendant le processus d'évaporation multi cycles mis au point au laboratoire et le recuit à 150ʿC pendant 4 heures. L'augmentation du taux d'oxygène en volume de la couche mince de ZnPc a été vérifié qualitativement par XPS, L'utilisation de la méthode multi cycles a permis l'amélioration des caractéristiques photovoltai͏̈ques de ZnPc (Voc, Isc, FF et ? de 0. 42 a 0. 51 V, 0. 102 a 0. 192 mA/cmø, 0. 22 a 0. 3 et de 0. 009 % a 0. 03 %, respectivement). De plus on a pu constater que l'ajout d'une fine couche de PEDOT :PSS à l'interface ITO/ZnPc améliore le fonctionnement de la cellule. Il a été montré que les cellules solaires composées de deux couches superposées ZnPc/1,4-DAAQ ont un comportement photovoltai͏̈que. Un rendement de 0. 003% a été réalisé avec Isc=0. 02 mA/cm ø, Voc=0. 8 V et F. F=0. 17. Une amélioration de l'interface avec le DAAQ permet une augmentation du rendement. Nous avons aussi testé des cellules solaires composées par un réseau interpénétré de deux matériaux organiques (ZnPc :PTCDA) et (PVK : 1,4-DAAQ). Dans le cas d'ITO/ZNPC:PTCDA/Al, le mélange avec 25 % de poids de PTCDA donne un rendement de 0. 09% avec Isc=0. 64 mA/cm ø, Voc=0. 4 V et F. F=0. 35. Le mélange ZnPc :PTCDA étant réalisé par co-évaporation sous vide. L'amélioration de la performance de la cellule solaire par l'introduction de PTCDA dans le ZnPc peut être attribuée à l'expansion du spectre d'absorption, mais aussi à la présence des multi hétérojonctions en volume. . .

Elaboration et caractérisation de microcavités optiques à base de semiconducteurs organiques. Depuis plus de dix ans, une optoélectronique, basée sur la luminescence des matériaux organiques à liaisons conjuguées, s'est développée. Cependant, les critères imposés, concernant l'intensité rayonnée et la durée de vie des composants, sont sévères. Pour les satisfaire, trois axes de recherches sont étudiés. Le premier consiste à synthétiser de nouveaux matériaux. Le second est d'optimiser l'injection et le transport des charges. Le troisième axe, auquel nous nous sommes consacrés, est de contrôler les propriétés optiques par des structures à confinement lumineux. Dans un premier temps, nous avons déterminé les propriétés optiques (indices optiques et spectre de photoluminescence) du tri (8-hydroxyquinolate) d'aluminium (Alq3). Nous avons utilisé ce matériau organique comme couche active dans la réalisation de microcavités optiques planaires. Nous avons montré qu'il est possible de réaliser des miroirs de Bragg autour d'une couche organique sans la dégrader. Par photoluminescence angulaire, nous avons mis en évidence qu'une microcavité concentre le rayonnement monochromatique dans des lobes. Cette concentration conduit à une augmentation d'intensité selon la direction du lobe. La présente étude démontre aussi l'importance de la position de la couche émettrice au sein de la cavité. Pour une cavité dont la couche organique est placée près d'un ventre du champ électrique nous avons observé une émission selon la normale six fois plus intense que celle d'une cavité dont la couche organique est située près d'un nœud du champ. Nous avons modélisé ces résultats et mis en évidence que les cavités n'affectent pas le taux d'émission spontanée total. Enfin, nous avons réalisé des microcavités confinées selon deux directions perpendiculaires. Les miroirs latéraux ont été réalisés par photolithographie. Les mesures ont montré que le champ est peu sensible au confinement latéral. Ceci indique que la distance entre les miroirs latéraux, fixée par la technique de fabrication, reste grande devant la longueur d'onde. Cependant, bien que le comportement de ces structures soit relativement similaire à celui de cavités planaires, nous avons mis en évidence que la variation de longueur d'onde de résonance en fonction de l'angle, dans le plan de section, n'est pas celle attendue pour une cavité planaire. Ce résultat original est discuté et une explication est proposée
Fabrication and characterisation of organic semiconductor based optical microcavities For about ten years, new optoelectronic devices have developed, exploiting the luminescence of conjugated organic materials. However, drastic criteria, concerning radiated intensity and lifetime, must be met. That is the reason why research progresses on three main axes. The first one consists in the synthesis of new materials. The second deals with the optimisation of charge injection and transport in the structures. The third one, on which we focused, consists in controlling the optical properties via light confirming structures. First, we determined the optical properties (optical indices, photoluminescent spectrum) of tri (8- hydroxyquinoline) aluminium (Alq3). We used this material as the active layer in the fabrication of planar optical microcavities. We showed that it is possible to fabricate Bragg mirrors without deteriorating the organic layer. Using angular resolved photoluminescence experiments, we demonstrated that a microcavity concentrates monochromatic emission into lobes. This concentration leads to an intensity enhancement in the lobe direction. This study demonstrates the importance of emitting layer position in the cavity. We observed an intensity enhancement along the normal direction of more than six times between a cavity with its active layer near a maximum of the electrical field and a cavity with its active layer near a node of the field. We modelled the results and calculated that the total spontaneous emission rate is not affected by the cavity. Finally, we fabricated microcavities confined along two perpendicular directions. Metallic lateral mirrors were made by photolithography. Measures showed that the electric field does not experience the lateral confinement, indicating that the distance between lateral mirrors, set by the fabrication technique remains large compared to the wavelength. While these structures behave quite similarly to planar microcavities, we observed that, in the section plane, the variation of the resonant wavelength with the angle does not correspond to that of a planar microcavity. This result is discussed and we propose an explanation for it

Les materiaux moleculaires et en particulier les phtalocyanines sont susceptibles de nombreuses applications dans le domaine de l'electronique: capteurs ou transistors en films minces. Les deux premiers chapitres de la these sont consacres aux proprietes fondamentales de ces materiaux et a leur mise en uvre: 1) preparation de couches minces, mesures d'epaisseur, mesures dielectriques, mesures spectroscopiques; 2) application de la spectroscopie auger et de la spectroscopie de pertes d'energie des electrons dans les materiaux moleculaires etudies. Le troisieme chapitre aborde la question fondamentale des proprietes dielectriques des materiaux moleculaires desordonnes et montre la grande generalite des resultats experimentaux obtenus, en particulier de la relation bnn. Cependant, dans le cas particulier du dopage de phtalocyanines par coevaporation, la variation de la pente de (g) avec la temperature est tout a fait particuliere et ne peut etre expliquee par aucun des modeles developpes. Une explication basee sur un piegeage des porteurs aux sites crees par les impuretes est proposee. Le chapitre iv aborde le probleme fondamental de la diffusion d'impuretes gazeuses ou solides dans les phtalocyanines. L'effet d'un depot superficiel de dopant ou d'une autre phtalocyanine est mis en evidence et suivi en fonction du temps par des mathodes electriques ou spectroscopiques (aes, eeles, etc. ). On met en evidence l'importance du pic de retrodiffusion elastique dans la mesure de la proportion de dopant dans la phtalocyanine initiale, et dans le cas de deux phtalocyanines (pc#2lu deposee sur pczn) il apparait que la diffusion peut etre due a un echange du metal central entre molecules voisines. L'application des mesures de diffusion aux capteurs est envisagee. Le chapite v permet de relier les proprietes des transistors en film mince a base de phtalocyanine ou de bisphtalocyanine a la diffusion de l'oxyge

Dans ce travail, nous étudions les propriétés optiques d'hétérostructures III-V par spectroscopie de modulation optique. En particulier, nous nous intéressons au système GaInAs /AlInAs. Dans un premier temps, nous avons développé un ensemble expérimental sensible travaillant dans la gamme 0. 6-1. 8 micromètres et pour des températures variant de 8K à 600K. Nous avons également montré la faisabilité d'un prototype de photoréflectivimètre compact et performant. Nous avons, caractérisé des couches simples d'AlInAs / InP. La réponse de photoréflectivité (PR) nous a permis de mettre en évidence une modulation de composition ainsi et un effet de localisation dans AlInAs. En outre, nous avons déterminé les propriétés fondamentales de puits quantiques de GaInAs / AlInAs : détermination de la discontinuité de bande, qualité des interfaces et du materiau. Enfin, nous avons appliqué cette technique à la mesure de la position du niveau de Fermi de surface dans des structures de type UN+ (couche non dopée / couche dopée n+) AlInAs. Les mêmes types de structures ont été élaborées afin de mesurer le champ piézoélectrique dans un puits contraint de GaInAs / GaAs épitaxié sur un substrat polaire
In this work, we study using modulation spectroscopy the optical properties of III-V semiconductor compounds, especially InAlAs / InGaAs based structures. The first part of the work deals with the development of an experimental set up, whose sensitivity is 10-6. This system works between 8K and 600K, in the spectral range 0. 6 to-1. 8 micrometer. In this part we also show the feasibility of a performing prototype. The second part deals with the characterization of bulk InAlAs / InP layers. Using the temperature dependence of the Photore-flectance (PR) spectra we show the existence of a localization in the InAlAs layer due to some clustering effect. Furthennore, we have studied InGaAs/InAlAs single quantum wells. The PR technique is shown to be a powerful tool to characterize the interface and material quality, interface roughness…, and to give a qualitative determination of conduction band offset in this system. In the last part of this work, we apply the PR in order to measure the surface Fermi level in an InAlAs UN+ ( undoped layer grown on a heavily doped n+ layer) structure. The same structures have been used to measure the piezoelectric field in a InGaAs/GaAs strained SQW grown on a polar <111> GaAs substrate

La demande croissante d'utilisation des énergies renouvelables suscite une recherche permanente de cellules solaires moins chères et plus efficaces. En raison de leur mise en forme facile et de leur faible coût de production, l'utilisation de matériaux organiques pour la préparation de dispositifs photovoltai͏̈ques dits " plastiques " semble être une alternative à la filière inorganique à base de silicium. La priorité doit concerner la mise au point de semi-conducteurs organiques thermiquement et photochimiquement stables. L'objectif de cette thèse a consisté à développer des nouveaux semi-conducteurs de type n (accepteurs d'électrons) en utilisant des matériaux dérivés de pigments organiques utilisés pour la reprographie et/ou la peinture automobile. Le travail présenté porte sur la synthèse et la caractérisation de dérivés solubles des pérylène-3,4:9,10-tétracarboxylique diimides susceptibles d'être utilisés comme matériaux accepteurs dans des cellules photovoltai͏̈ques
Increasing interest in finding new renewable energy sources has lead scientists to search for less expensive and more effective solar cells. Organic materials seem to be an alternative to replace inorganic silicon solar cells: new "plastic" photovoltaic devices are inexpensive and relatively easy to process. The main goal in this field is to produce thermally and photochemically stable organic semiconductors. The aim of this thesis is to develop new "n type" semiconductors (electron acceptors) derived from organic pigments used in xerography and automobile paints. The work presented concerns the synthesis and characterization of soluble derivatives of perylene-3,4:9,10-tetracarboxylic diimides that could be used as acceptors in photovoltaic cells

Les travaux présentés sont centrés sur le développement de nouveaux métallo-polymères originaux à faible gap électronique,afin d’obtenir des candidats potentiels pour des dispositifs de type cellules solaires. La première partie de ce travail vise àinstaller un à deux complexes à transfert de charge (CTC) au sein de la structure du ligand, par l’utilisation dudiketopyrrolopyrrole comme accepteur (DPP) et du thiophène comme donneur dans le but de diminuer la valeur du gap. Ladeuxième partie vise à améliorer la mobilité des charges. Le développement de stratégies pour favoriser l’auto-organisationdes chaînes dans le matériau, avec l’installation d’un groupe organisant sur le ligand va permettre de générer un réseaud’interactions faibles de type π ou liaisons hydrogènes. Les métallo-polymères synthétisés sont obtenus par réaction dedéhydrohalogénation entre un ligand diacétylénique et un complexe de platine (II). Les propriétés électroniques, optiques etphysiques de ces composés originaux confirment le potentiel de ces structures pour une application potentielle en cellulesolaire organique
This work is focused on the development of original low band gap metallo-polymers to generate potential candidates for solar cell devices. In order to decrease the band gap value of the metallo-polymers, the first part of this work explores the insertion of one or two charge transfer complexes (CTC) in the ligand structure, using diketopyrrolopyrrole (DPP) as acceptor and thiophene as donor in order to decrease the band gap. The second part of this work is interested in the improvement of charge carrier mobility. The development of strategies to promote chains self-organization in the material with the introduction of an organizing group on the ligand are studied in order to generate a π-type weak interactions network or hydrogen bonds. The targeted metallo-polymers are obtained using a dehydrohalogenation reaction between a dialkyne ligand and a platinium (II) complex. Electronic, optic and physic properties characterization of these original compounds confirm the interest for using them in organic solar cell devices