Les diodes organiques classiques : Mise au point du procédé

La structure des diodes organiques réalisées au LAAS est donnée figure 6. Elles sont réalisées à partir d’un substrat de verre recouvert d’une couche conductrice d’ITO. Le substrat est un produit commercial acheté à la société Merck. Nous allons à présent, détailler les étapes successives de l’élaboration des diodes, la réalisation de l’anode, le dépôt de la couche de polymère et l’évaporation de la cathode.

Support de verre Couche de polymère, P3OT cathode Anode Diode

La figure 7 décrit les différentes étapes du procédé d’élaboration des diodes organiques réalisées au laboratoire.

a)

Le substrat : une couche d’ITO

sur une plaque de verre ^{Photolithographie de l’anode pour obtenir une bande} d’ITO qui jouera le rôle d’anode commune aux 4 diodes b)

Dépôt par centrifugation d’une couche de P3OT sur toute la surface de l’échantillon. c)

Masque en silicium au travers duquel se fait l’évaporation du métal de cathode.

• Fig. 7 : Représentation schématique des principales étapes d’élaboration des diodes organiques. a) photolithographie de l’anode en ITO, b) dépôt par centrifugation du P3OT et c) évaporation sous vide à travers un masque de silicium des anode.

2.4.1.1 Préparation de l’anode :

L’anode utilisée pour les diodes est l’ITO qui recouvre les supports de verre. L’épaisseur de la couche est d’environ 120 nm pour une résistance par carré de 14 Ω/□.

L’ITO présent sur toute la surface du substrat est gravé afin d’obtenir une bande d’ITO de 30 mm de long pour 4 mm de large au centre du support qui formera l’anode commune à 4 diodes (voir figures 6 et 7). La gravure de l’ITO est réalisée par photolithographie classique. L’attaque de l’ITO se faisant par voie humide avec de l’acide chlorhydrique.

A la suite de la photogravure, l’ITO est nettoyé suivant deux étapes successives :

- Nettoyage dans un détergent pendant 20 min aux ultra-sons puis rinçage à l’eau déionisée. - Rinçage acétone et eau déionisée puis séchage à l’azote.

- Nettoyage dans un bain H2O2 + H2SO4 pendant 2 minutes et séchage à l’azote.

Il a déjà été prouvé que les propriétés de l’ITO utilisé comme anode jouent un rôle important dans les performances des diodes [32, 33]. Si les propriétés physiques de l’ITO dépendent de la technique de dépôt [34], de nombreux travaux ont été menés pour étudier les modifications de la surface de l’ITO par des traitements thermiques [35], des traitements plasma [36] ou acide [37]. Ce type de traitement peut permettre d’améliorer les performances des DELOs [38]. Rappelons que nous ne souhaitons pas optimiser l’injection des porteurs dans la couche organique ou améliorer l’électroluminescence de notre composant, la structure monocouche en atteste.

Le choix de l’ITO est en général justifié dans le cas de la réalisation de diodes électroluminescente mais ne s’impose pas dans notre étude. Cependant, nous avons choisi d’utiliser ce matériau car il présente l’avantage d’avoir un travail de sortie très adapté à l’injection des trous dans la couche de polymère et il permet de nous consacrer à l’étude du contact cathode/polymère.

2.4.1.2 Elaboration de la couche de polymère :

Comme nous l’avons précisé ci-dessus, le poly(3-octylthiophéne) est synthétisé selon la méthode de Mac Cullogh au Laboratoire d’électrochimie et de physico-chimie des matériaux et des interfaces (LEPMI). Il se présente sous forme de poudre qu’il s’agit de dissoudre pour qu’une fois mis en solution il puisse être déposé par centrifugation. Le P3OT est aisément soluble dans de nombreux solvants (Dichlorométhane, Tétrahydrofurane, Chloroforme ou Toluène) grâce à la présence des chaînes alkyles. Parmi les différents

solvants utilisables, nous avons opté pour le chloroforme qui permet d’obtenir des concentrations relativement élevées (30 g/L). Il présente une caractéristique importante, sa volatilité élevée. Sa pression d’évaporation à 20°C de 213 hPa ne pose cependant pas de difficultés particulières lors du dépôt par centrifugation. Toutefois, malgré sa pression d’évaporation élevée une mise sous vide est effectuée avant la métallisation de la cathode pour éliminer le solvant résiduel.

L’épaisseur de la couche déposée est de 600 nm pour une concentration de P3OT de 30g/L et pour les paramètres de dépôt à la tournette suivants :

Vitesse : 500 tr/min.

Accélération : 1000 tr/min/sec. Temps : 30 sec.

La variation de la vitesse de rotation permet, bien sûr, de modifier l’épaisseur de la couche de polymère mais le paramètre le plus influent sur cette caractéristique est la concentration de la solution (figure 8). Notons que la solution est filtrée au moment du dépôt.

Epaisseur de la couche de P3OT (nm)

0 100 200 300 400 500 600 700 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

vitesse de rotation de la tournette (tr/mn)

30g/L 15g/L

• Fig. 8 : Epaisseur du film de P3OT en fonction de la vitesse de rotation de la tournette pour deux concentrations de solution, 15g/L et 30g/L (P3OT/Chloroforme). L’accélération et le temps de rotation étant constant et respectivement égaux à 5000 tr/mn/sec et 30sec.

2.4.1.3 Dépôt de la cathode :

Le métal de cathode est déposé par évaporation sous vide à travers un masque de silicium. Le masque de silicium est un rectangle de 30 mm x 40 mm dans lequel sont percés 4 bandes de 5

mm de large qui formeront les quatre cathodes sur l’échantillon. Chaque intersection de ces cathodes avec l’anode en ITO forme une diode. Nous obtenons donc 4 diodes sur chaque échantillon (figures 6 et 7). Le métal choisi comme cathode est l’Al, il possède un travail de sortie de 4,28 eV et jouera le rôle d’injecteur d’électrons dans la couche organique compte tenu de son faible travail de sortie.