Modulation et applications

Le phénomène de NDR a été étudié sur A(ttb), car on n’observe pas de NDR sur N/A(ttb). Ce résultat vient renforcer l’hypothèse selon laquelle la NDR provient de mécanismes se déroulant à l’interface entre le PEDOT:PSS et l’Alq3. Afin de comprendre plus en détail ce phénomène, une

structure intermédiaire entre A(ttb) et N/A(ttb), que l’on désigne par N(10)/A(ttb), est réalisée. Une couche de NPD (d’épaisseur 10 nm) est insérée entre les couches de PEDOT:PSS et d’Alq3.

L’épaisseur est choisie de telle sorte que l’épaisseur totale de couche active soit de 150 nm. Les performances de N(10)/A(ttb) sont comparées à celles des aux autres structures sur la Figure 4-25.

Figure 4-25 : Courbes J/V (a) et L/V (b) de A, A(ttb), N(10)/A(ttb) et N/A(ttb) à l’état ON

On remarque que l’ajout d’une fine couche de NPD tend à diminuer l’effet de NDR. La densité de courant obtenue à l’état ON est plus faible pour N(10)/A(ttb) que pour A(ttb) (Figure 4-25a). Le ratio 𝐽𝑂𝑁/𝐽𝑂𝐹𝐹, déterminant l’écart entre les états ON et OFF, calculé à 5 V passe d’un

ratio de près de 5 000 pour A(ttb) contre un peu moins de 200 pour N(10)/A(ttb). De plus, la luminance augmente fortement (16 Cd/m² pour N(10)/A(ttb) contre 2,1 Cd/m² pour A(ttb)) et se rapproche de celle obtenue pour N/A(ttb) (33,6 Cd/m²) (Figure 4-25b).

L’ajout de NPD à l’interface entre le PEDOT:PSS et l’Alq3 tend à équilibrer les charges du

dispositif. Les chemins de conductions présents dans la couche d’Alq3 dopée sont toujours

présents, mais l’accumulation de charges à l’interface NPD/Alq3 est plus faible, du fait d’une

meilleure injection de trous favorisée par la couche de NPD, ce qui diminue l’effet de NDR. La variation d’épaisseur de NPD à l’interface entre le PEDOT:PSS et l’Alq3 pourrait alors permettre

de moduler le phénomène de NDR.

Une structure complémentaire comprenant 20 nm de NPD au lieu de 10 nm dans un dispositif dont la couche active mesure toujours 150 nm est réalisée. L’étude de cette structure montre une non-reproductibilité sur la présence ou non de la NDR. D’après ces données, l’épaisseur de NPD utilisée semble être proche de celle permettant d’annihiler le phénomène de NDR.

Le ratio 𝐽𝑂𝑁/𝐽𝑂𝐹𝐹 de la monocouche A(ttb) étant important (près de 5 000), ce type de

dispositif pourrait être utilisé en tant que mémoire [39], le seuil de détection étant de 100 pour ce genre d’application. La possibilité de moduler la NDR, et donc le ratio, par l’ajout d’une fine couche de NPD rend cette propriété très intéressante pour l’application dans des mémoires, d’autant plus que l’émission est améliorée. Cependant, de nombreux autres tests seraient nécessaires pour totalement identifier les mécanismes à l’origine de ce phénomène. Les mécanismes de NDR dans

les dispositifs organiques sont, en effet, toujours très discutés et dépendent de la structure du dispositif et de la nature des contacts [37–39].

4.3.5. Résumé

L’ajout de [Pt ttb] dans la couche d’Alq3 modifie les propriétés de transport des charges et

améliore leur injection à l’interface PEDOT:PSS/Alq3. Un phénomène de NDR est observé pour

les monocouches dopées, dont le mécanisme est fortement lié à l’interface couche dopée/PEDOT:PSS. Ces dispositifs possèdent ainsi deux états : un état ON et un état OFF. Une valeur du ratio 𝐽𝑂𝑁/𝐽𝑂𝐹𝐹 intéressante pour l’application de ces dispositifs dans les mémoires a été

obtenue. Elle peut être modulée par l’ajout de NPD à cette interface, diminuant l’effet de NDR et augmentant les performances. L’ajout d’une épaisseur plus importante de NPD faisant disparaître le phénomène de NDR, un compromis entre performances et bon ratio 𝐽𝑂𝑁/𝐽𝑂𝐹𝐹 reste à trouver,

tel que l’épaisseur optimale de NPD. Des essais sous tension constante et exposition lumineuse (395-410 nm) seraient aussi à effectuer, la lumière semblant accélérer le passage d’un état à l’autre du dispositif dopé. Une étude plus poussée de l’influence de la température sur ce phénomène pourrait être envisagée, en évitant la dégradation de l’OLED. Nous allons donner quelques éléments concernant la stabilité des OLEDs.

Stabilité des OLEDs

On distingue deux types de dégradations : (i) la dégradation extrinsèque et (ii) la dégradation intrinsèque. [40]

(i) La dégradation extrinsèque correspond aux dégradations causées par l’environnement, tels que l’humidité et l’oxygène présents dans l’air ambiant qui tendent à dégrader les électrodes et les différentes couches organiques de façon chimique. Nous avons évoqué dans le chapitre précédent l’oxydation du calcium en présence de ces deux composés. Le passage de l’oxygène au sein des couches organiques dégrade ces dernières et crée des points noirs visibles lors du fonctionnement du dispositif, alors que l’humidité s’infiltre sous la cathode, faisant apparaître des bulles ainsi qu’un phénomène de délamination [41]. Pour protéger les OLEDs de ces phénomènes, l’encapsulation à l’aide de couches hermétiques à l’air est souvent employée dans le but d’augmenter leur durée de vie [42–45]. De plus, la présence d’impuretés, de poussières, ou autres particules se déposant sur le dispositif lors de sa réalisation créée des défauts menant aussi à des points noirs. La température peut aussi modifier la structure de l’OLED si elle dépasse la température de transition vitreuse des matériaux, ainsi que sa morphologie en augmentant la diffusion des espèces et en facilitant leurs interactions [46,47].

(ii) La dégradation intrinsèque des OLEDs repose sur de nombreux phénomènes dont par exemple le changement de l’équilibre des charges dans le dispositif, l’accumulation de centres de recombinaisons non radiatifs ou encore la réorientation des dipôles [40]. Les dégradations intrinsèques sont souvent une conséquence du passage d’un courant important durant un temps suffisamment long au travers des couches organiques qui tend à les dégrader. Cependant, la dégradation des OLEDs à cause de la lumière est aussi possible, notamment à cause des UV [48].

Une étude de la stabilité des OLEDs a été effectuée sur les dispositifs monocouches et bicouches dopés avec du [Pt ttb] et non dopés en tant que références. L’étude des OLEDs sous atmosphère contrôlée (boîte à gants) a permis une analyse précise de la dégradation de ces dispositifs sous un stress thermique et/ou électrique, sans influence de la dégradation due à l’oxygène et à l’humidité.