Dépôt électrospray de polymères conjugués p-dopés sous ultra-vide

 

Ingo Salzmann

Université Concordia

 

Domaine : matériaux

Programme : établissement de nouveaux chercheurs universitaires

Concours 2019-2020

Le dopage de semi-conducteurs inorganiques tels que le silicium par introduction d'impuretés dans la structure cristalline est à la base de toutes les fonctionnalités des appareils électroniques d'aujourd'hui. Ce dopage permet de contrôler les propriétés électroniques du semi-conducteur afin de répondre aux besoins particuliers des applications. Au cours des dernières décennies, les semi-conducteurs organiques, qui sont des molécules ou polymères conjugués, se sont révélés être une alternative fascinante aux matériaux inorganiques. Ces composés promettent une grande polyvalence, car leurs propriétés opto-électroniques découlent de leur structure chimique, qui est un paramètre facile à modifier.

Le concept de dopage a été appliqué à cette classe de matériaux à l'aide de dopants moléculaires, ce qui est à la source des technologies modernes d'affichage par diodes électroluminescentes organiques (OLED). Malgré cet énorme succès commercial, les processus fondamentaux de ce dopage sont encore mal compris, l'efficacité du dopage est médiocre et la conception des matériaux reste largement empirique. De manière surprenante, les semi-conducteurs moléculaires et polymériques se comportent différemment lors du dopage, des interactions chimiques différentes entre le dopant et le semi-conducteur pouvant sensiblement limiter l'efficacité du dopage. Dans tous les cas, la microstructure locale semble jouer un rôle clé dans le transfert de charge par dopage.

Dans le projet proposé, nous nous efforçons à donner une image complète du dopage dans les matériaux électroniques organiques en corrélant leurs propriétés structurales et électroniques, ce qui requiert de contrôler la microstructure des matériaux dans un environnement ultra-propre. Alors que ceci est réalisable pour les semi-conducteurs moléculaires par évaporation thermique en films minces sous ultra-vide, les polymères sont thermiquement fragiles et, par conséquent, sont généralement manipulés en solution à pression ambiante.

Comme alternative, nous proposons ici d'établir le dépôt électrospray des semi-conducteurs polymériques sous ultra-vide. Cette nouvelle technique permettra de contrôler la microstructure du matériau dans des films dont l'épaisseur est appropriée pour des applications. Par co-déposition de petites molécules, tout en contrôlant la cinétique de croissance du matériau et la nature des interactions avec le substrat, nous allons moduler la cristallinité des films polymériques directement dans la chambre sous ultra-vide. Ensuite, la co-déposition sous vide avec des molécules dopantes permettra pour la première fois le dopage sans solvant de films polymériques conjugués, dont nous caractériserons les propriétés structurales et électroniques ex-situ. Ces objectifs nous permettront d'interpréter le rôle de la microstructure dans les processus électroniques et opto-électroniques fondamentaux dans cette importante famille de matériaux.