S YSTEME DE CARACTERISATIONS

La démarche menée pour mettre au point des OLEDs rapides nécessite de vérifier et de confirmer plusieurs propriétés électriques et optiques aussi bien à l’état stationnaire qu’en régime d’impulsions. Ceci nécessite des mesures en régime continu et résolues en temps :

 Caractérisations en régime continu :

o Mesure en régime continu de courant et d’intensité lumineuse en fonction de la tension appliquée (caractéristique I(V) et L(I) en continu à bas niveau) ; il s’agit d’une mesure de qualification en vue de vérifier le bon fonctionnement du dispositif, notamment pour écarter toute hypothèse de court-circuit avant les mesures en impulsionnel.

o Mesures spectrales d’électroluminescence en régime continu. En plus d’être

une autre mesure de qualification, le spectre d’émission de l’OLED est indispensable pour les calculs de calibration du banc de mesure optique. o Mesure au multimètre de la résistance de charge intégrée.

 Caractérisations résolues en temps en régime impulsionnel

o Mesures résolues temporellement de réponses électrique (tensions et

courants) et optique (intensité lumineuse) à une excitation électrique (tension).

o Mesures spectrales résolues temporellement (caméra à balayage de fente) :

permet de visualiser le degré de variance du spectre dans le temps afin d’apprécier la validité du spectre continu dans les mesures d’étalonnage.

 Mesures d’impédances multifréquences (à l’analyseur de réseaux vectoriel VNA). Plusieurs bancs de mesure ont été mis en place à ces effets. Un PC et des programmes Matlab / Labview ont permis d’automatiser partiellement les opérations. Toutes les mesures on été effectuées à l’air ambiant. Leurs principes de réalisation sont décrits dans les paragraphes qui suivent.

3.2.1. Station de mesure sous pointe

Pour toutes les mesures de caractérisation, l’OLED est positionnée par aspiration, sur une station sous pointe manuelle PM5 de chez Cascade, voir Figure 3.14. L’accès au composant à caractériser se faisant en guide coplanaire, une transition du coaxial vers coplanaire est nécessaire. Deux sondes spécifiques RF GSG, de « pitch » 2000µm, et munies chacune d’un connecteur coaxial, assurent cette fonction ; l’une sert à amener le signal d’excitation et l’autre à collecter le signal de réponse électrique.

Figure 3.14 : Photo de la station sous pointe

3.2.2. Caractéristique JVL à bas niveau

Le principe consiste à appliquer une tension continue croissante et contrôlable à l’OLED et à mesurer le courant qui la traverse et celle de l’intensité lumineuse induite par ce courant. Elle s’est fait à bas niveau, c'est-à-dire pour des tensions d’excitation relativement faible, à l’aide d’un banc de test équipé d'un sourcemètre Keithley 2635A pour alimenter l'OLED en tension et acquérir la valeur du courant correspondant et d’un puissancemètre optique

Newport 2935C couplé à une photodiode calibré Newport 918D-UV-OD3R qui permet

d’acquérir l’intensité lumineuse pour chaque tension d’excitation. Un ordinateur permet de piloter ces équipements et d’acquérir les données de mesures à l’aide de scripts Matlab.

Figure 3.15 : Photo du banc de caractérisation JVL à bas niveau

sourcemètre Keithley 2635A / photodiode Newport 918D / puissance mètre optique Newport 2935C La mesure d’intensité lumineuse se fait au bout d’une fibre dont l’autre extrémité est disposée à la normale au contact de la surface d’émission de l’OLED. Le schéma de principe du banc de mesure est illustré en Figure 3.15. Les grandeurs mesurées sont la tension

d’excitation appliquée, le courant de diode et la luminance. La densité de courant associée est déduite par calcul en faisant le rapport du courant à la surface effective de l’OLED.

3.2.3. Mesures électrique et optique résolues en temps en régime impulsionnel

Les mesures de caractéristique courant – tension – luminance en continu telles que présentées au paragraphe précédent permettent d’atteindre des densités de courant de l’ordre de quelques centaines de milliampères par centimètre carré. Pour les densités de courants d’ordre supérieures, il y a un grand risque de claquage de l’OLED sous l’effet la puissance dissipée par effet Joule. Le régime des impulsions permet alors prendre le relais en appliquant des impulsions de tension élevée sur de très courte durée avec un faible taux de répétition. On arrive ainsi à injecter des densités de courant pouvant atteindre des milliers d’ampères par centimètre carré, sans dégrader l’OLED.

Le banc qui permet ces mesures de réponses électrique et optique résolues en temps sous haute excitation est équipé d’un générateur d’impulsion (AVTECH AVL-2A-B), d’un oscilloscope (Tektronix) et d’une photodiode à avalanche (THORLABS) connecté conformément à la Figure 3.16. Le circuit de la photodiode inclut un amplificateur de trans-impédance qui traduit le photo courant en une tension de sortie mesurable et proportionnelle à l'éclairement.

Figure 3.16 : Banc de mesures résolues en temps des réponses en courant et en luminance à une impulsion de tension

Un ordinateur (non représenté), permet la commande et l’acquisition et la sauvegarde des données à travers des scripts Matlab. D’autres scripts permettent de déduire par calcul d’autres grandeurs, notamment la densité de courant, l’intensité lumineuse en unité absolue, les éléments du modèle électrique de l’OLED.

3.2.4. Mesures d’impédance

Pour les mesures d'impédance, le circuit de l'OLED est considéré comme un dipôle simple. Lorsqu'il est branché à un analyseur de réseaux vectoriel (VNA), on peut accéder à la mesure en réflexion du paramètre S11, ou coefficient de réflexion, qui indique le rapport de puissance réfléchie à la puissance incidente sur une plage de fréquence prédéfinie et pour

un point de polarisation donnée. L’impédance équivalente (ou le réseau d’impédances équivalent) peut ensuite être extraite par calcul.

Figure 3.17 : Mesure d’impédance

Analyseurs de réseaux HP 8753E / Source de tension continue Keithley 2635A

Pour corriger les erreurs de mesure, l’analyseur de réseau est pré calibré à l'aide d'un kit Open – Short – Load de trois standards de calibration comprenant un court-circuit, un circuit ouvert et une charge de 50.

3.2.5. Mesure de spectre en continu

Le banc de mesure est constitué d’un spectromètre optique (Ocean Optics 2000 USB) connecté à un ordinateur pour l’acquisition du spectre et d’une source d’alimentation continue (voir Figure 3.18).

Figure 3.18 : Mesure de spectre en continu. Spectromètre Ocean Optics 2000 USB

3.2.6. Spectre résolu en temps en régime d’excitation impulsionelle

Comparativement au banc précédent, la source lumineuse est excité par un générateur d’impulsion tandis que le système de mesure est remplacé une spectromètre couplé à une camera à balayage de fente (voir Figure 3.19).

Figure 3.19 : Spectromètre à réseau HORIBA iHR 550 de Jobin-Yvon

Une telle mesure va permettre d’apprécier l’évolution du spectre dans le temps. Dans le calcul d’étalonnage du banc de mesure optique, on utilise un spectre mesuré en régime continu. Or si on veut que ces mesures soient valables en régime impulsionnel, il faudrait que le spectre d’émission ne varie pas de façon significative. Dans ce contexte par exemple la mesure de spectres optiques résolue temporellement va permettre de répondre à la validité de l’étalonnage.