Électronique organique, la flexibilité en marche

Yvan BonnassieuxProfesseur du département de physique

Directeur du Laboratoire de Physique des Interfaces et Couches Minces

yvan.bonnassieux@polytechnique.edu

Electronique flexible: Un monde réel?un monde qui commence juste

2Electronique Organique :la flexibilité en marche 09/04/2020

Samsung Fold

Samsung Galaxy Z Flip

Motorola RAZR

Electronique flexible: Un monde réel?un monde qui commence juste

3Electronique Organique :la flexibilité en marche 09/04/2020

Electronique flexible: Un monde réel?un monde qui commence juste

4Electronique Organique :la flexibilité en marche 09/04/2020

Les Applications potentielles

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Ecrans Flexibles

Cellules solaires flexibles

Capteurs flexibles

Eclairages flexibles

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Quelques dimensions & définitions

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Electronique sur grands substrats

Surface de l’ordre du m²

Electronique flexible

substrat non plan et non rectangulaire : conformable, flexible, pliable

Electronique organique

Les éléments actifs sont à base de plastique(chimie du carbone)

Electronique en couches minces

couches homogène très fines ∼ 10-100 nm

Electronique Organique :la flexibilité en marche 09/04/2020

Couches minces organiques

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• Matériaux organiques

• grande diversité, basse température, bas coût

• Grande surface, multicouches minces

• Technologie verte

• Des points d’améliorations

• Faibles performances

• Stabilité

• Marché (sauf OLED)

Diode Electroluminescente Organique OLED

Emettant de la lumière si on lui applique une tension.

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Electronique organique :Isolant, semi-conducteur, conducteur

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Conductivité électrique (S)

• Isolant• Semi-conducteur • Conducteur (métal)

Notion de band-gap

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Electronique organique :Semi-conducteur organique

• HOMO: Highest Occupied Molecular Orbital

• LUMO: Lowest Unoccupied Molecular Orbital

Hybridation des orbitales + Matériaux conjugués

Electron délocalisées

Benzène

https://doi.org/10.1039/C4CP04919E

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Electronique organique :Charges injection

Fermi level

Work function

electron affinity

Ionisation potential

Vacuum level

LUMO

HOMO

electron barrier

hole barrier

Metal Organic semiconductor

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Electronique organique :OLED, diode électroluminescente organique

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Electronique organique :OLED, diode électroluminescente organique

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Electronique organique :OLED, diode électroluminescente organique

Thick crystals

Efficiency & stability

2-layers

EK US patent#4539507

Cathode

Anode

EML

HTL

Cathode

AnodeHTL

EMLDoped-EML

EK US patent#4769292

Heterostructures Cathode

Anode

EML/dopedHTL

ETL

P-doped

N-doped

PIN

1987

2002

1965

Cathode

Anode

EML/dopedHTL

ETL

HIL

HBL

Multilayers

Cathode

Anode

EML

Monolayer

~~~~ Doped transport layersK. Leo, U. Dresden

Des techniques de dépôts versatiles grandes surfaces & bas coût

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Dépôt liquide

Evaporation thermiques

Polymères

Petites moléculesDépôt de couches minces

Ink-Jet printing

Réacteur d’évaporation

Imprimantes jets d’encre

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Laboratoire de Physique des Interfaces et Couches Minces

From atoms and molecules to devices

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LPICM figures

u CNRS joint research laboratory (UMR7647)

u Staff 2020: near 105 persons (20 researchers)

u 8 professors at Ecole polytechnique (3 full time)

u 800 m² of technological facilities.

u 2019 Budget: around 4.5 M€ (including salaries)

u Research contracts: ~ 2.8 M€ per year

23 nationalities

represented !

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LPICM research

Physic Chemistry Electronic Optics

From atoms and molecules to devices

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LPICM et l’électronique flexible

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§ Conception de nouveaux matériaux actifs organiques§ Conception de composants flexibles innovants§ Caractérisations et modélisations§ Fiabilité et stabilité§ Conception de fonctions et de systèmes à forte valeur ajouté

§ Composants pour l’énergie§ Composants pour l’électronique sur grand substrats§ Capteurs intelligents

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LPICM et l’électronique flexibleComposants pour l’énergie

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Matériaux hybride (Organique & Inorganique)Evaporation (PCE:16%) ou voix liquide (PCE: 25 %)

Cellules solaires pérovskites(RNH3) BX3

CnH2n+1 Pb/SnI/Br/ Cl

OLED pour l’éclairage

Nouveaux matériauxEncapsulation

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LPICM ET L’ELECTRONIQUE FLEXIBLECAPTEURS INTELLIGENTS

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• Low-cost multifunctional Nano sensor for water • OECT sensors for vine quality • Impedance sensors for intelligent Stent • Nanoparticle road sensors

Merci

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