Développement de couches planaires à base de nanotubes de carbone pour des applications en optoélectronique

Discipline

Électronique des Hautes Fréquences et Optoélectronique

Classification

Informatique

Mots-clés libres

optique non-linéaire, transistors, nanomatériaux, optoélectronique, polymères

Mots-clés

Optoélectronique - Thèses et écrits académiques,

Nanotubes - Thèses et écrits académiques,

Polymères conjugués - Thèses et écrits académiques,

Transistors à effet de champ - Thèses et écrits académiques,

Optique non linéaire - Thèses et écrits académiques

Les objectifs de ce travail de thèse concernent le développement de composites polymères conjugués/nanotubes de carbone (NTC) et l'étude de leurs propriétés électriques. En effet, du fait de leur taille nanométrique et de leurs priorités électroniques originales, les nanotubes de carbone apparaissent comme très prometteurs pour améliorer le drainage des charges de couches actives à base de semi-conducteurs organiques. Néanmoins, il est nécessaire de contrôler de façon fine leur structuration dans la matrice polymère, pour aboutir à des composants optoélectroniques aux propriétés améliorées. Dans ce contexte, nous proposons un procédé d'élaboration en conditions ambiantes simple et bas coût pour la réalisation de structure planaires inter-digitées à base de couches composites polymère/NTC. Associé à l'utilisation d'une procédure d'orientation des nanotubes sous champ électrique, cette stratégie nous a permis de montrer qu'il est possible de contrôler les propriétés de transport des composites au travers des principaux paramètres expérimentaux d'élaboration (composition du composite, nature du solvant utilisé, nature du signal électrique d'orientation). L'analyse des distributions angulaires des nanotubes incorporés par rapport à la direction du champ d'orientation a permis une optimisation des conditions d'élaboration des composites pour l'obtention de propriétés électriques optimales. Puis, les caractérisations électriques des composites planaires ont montré que l'incorporation et l'orientation des nanotubes au sein du polymère (P3HT) ne semblent pas modifier de façon drastique les mécanismes de transport de la matrice. Finalement, nous avons cherché à exploiter ces résultats en élaborant des transistors organiques à effet de champs P3HT/NTC à l'aide du même procédé d'élaboration. Les conditions optimales de structuration des nanotubes ont conduit à un gain significatif de deux ordres de grandeurs sur la mobilité des porteurs de charge par rapport à une matrice de polymère seul. Ces résultats illustrent les fortes potentialités des composites polymère/NTC dans le domaine de l'optoélectronique organique, et ouvrent des perspectives dans des domaines variés tels que les communications hyperfréquences ou l'optique non linéaire.