logo université de Strasbourg logo CNRS logo INSA Strasbourg logo ENGEES

Équipe MATISEN: Matériaux pour les technologies de l’information, les capteurs et la conversion d’énergie.

« Zone de caractérisation » : différence entre les versions

De Équipe MATISEN: Matériaux pour les technologies de l’information, les capteurs et la conversion d’énergie.
Aller à la navigation Aller à la recherche
(Création par copie de Zone Caractérisation 2)
 
(ajout d'une image en haut, modification de la mise en page des figures (mises sous la forme de tableau, suppressions du paragraphe sur les capteurs chimiques et remplacement du lien vers la nouvelle page correspondante)
Ligne 1 : Ligne 1 :
[[en:caracterization zone 2]]
[[en:caracterization zone]]


<table border="0" cellpadding="5" cellspacing="1" style="width:100%;">
<table border="0" cellpadding="5" cellspacing="1" style="width:100%;">
<tr><td>[[Image:BoitesDisposZoneCaracRed.jpg|left|x300px|Zone caractérisation du système de boîtes à gants dédié aux dispositifs électroniques autres que les cellules photovoltaïques]]&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;[[Image:StationPointesEchantillon3red.jpg|x300px|Échantillon en place sur le plateau de la station sous pointes pour la mesure des caractéristiques électriques des transistors organiques]]</td>
<tr><td>[[Image:BoitesDisposZoneCaracRed.jpg|left|x300px|Zone caractérisation du système de boîtes à gants dédié aux dispositifs électroniques autres que les cellules photovoltaïques]]</td>
<td>[[Image:StationPointesEchantillon3red.jpg|x300px|Échantillon en place sur le plateau de la station sous pointes pour la mesure des caractéristiques électriques des transistors organiques]]</td>
⚫
<td><p><strong>Responsable&nbsp;:</strong> Daniel MATHIOT, [[Personnel|Contact]]</p></td></tr></table>
<td>[[Image:StationPointes3.jpg|x300px|Station sous pointes pour la mesure des caractéristiques électriques des transistors organiques]]</td></tr>
⚫
<tr><td><p><strong>Responsable&nbsp;:</strong> Daniel MATHIOT, [[Personnel|Contact]]</p></td></tr></table>
<br/>
<br/>


==Transistors organiques à effet de champ (OFETs pour "Organic Field Effect Transistors")==
==Transistors organiques à effet de champ (OFETs pour "Organic Field Effect Transistors")==
<p>La mesure des caractéristiques de sortie et de transfert des transistors organiques à effet de champ est réalisée sous atmosphère inerte. Plusieurs configurations sont disponibles (Fig.&nbsp;1)&nbsp;:<br/>
<p>La mesure des caractéristiques de sortie et de transfert des transistors organiques à effet de champ est réalisée sous atmosphère inerte. Plusieurs configurations sont disponibles (Fig.&nbsp;1)&nbsp;:<br/>
-&nbsp;contact en bas/grille en haut ou "bottom contact/top gate"<br/>
-&nbsp;contact en bas/grille en haut ou "bottom contact/top gate" (a)<br/>
-&nbsp;contact en bas/grille en bas ou "bottom contact/bottom gate"<br/>
-&nbsp;contact en bas/grille en bas ou "bottom contact/bottom gate" (b)<br/>
-&nbsp;contact en haut/grille en bas ou "top contact/bottom gate"</p>
-&nbsp;contact en haut/grille en bas ou "top contact/bottom gate" (c)</p>
<p><center>[[Image:OFETconfigurations.jpg|Différentes configurations des OFETs]]<br/>
<p><center>[[Image:OFETconfigurations.jpg|Différentes configurations des OFETs]]<br/>
Fig.&nbsp;1&nbsp;: Schéma des différentes configurations possibles pour les OFETs</center></p>
Fig.&nbsp;1&nbsp;: Schéma des différentes configurations possibles pour les OFETs</center></p>
<p>Les dimensions du canal du transistor sont variables et dépendent de la configuration choisie. Le canal est constitué soit d’un seul composant de la couche active d’une cellule photovoltaïque (donneur ou accepteur d’électrons) (Fig.&nbsp;2a), soit d’un mélange donneur/accepteur d’électrons. Les caractéristiques de transfert mesurées à l’aide d’un analyseur Keithley 4200&nbsp;SCS (Fig.&nbsp;2b) permettent d’estimer la mobilité des porteurs de charges en utilisant le formalisme habituel des OFETs.</p>
<p>Les dimensions du canal du transistor sont variables et dépendent de la configuration choisie. Le canal est constitué soit d’un seul composant (donneur ou accepteur d’électrons) de la couche active d’une cellule photovoltaïque (Fig.&nbsp;2), soit d’un mélange donneur/accepteur d’électrons. Les caractéristiques de transfert mesurées à l’aide d’un analyseur Keithley 4200&nbsp;SCS (Fig.&nbsp;3) permettent d’estimer la mobilité des porteurs de charges en utilisant le formalisme habituel des OFETs.</p>
<table border="0" cellpadding="5" cellspacing="1" style="width:100%;">
<p><center>[[Image:OFETcanal.jpg|Vue au microscope optique du canal d'un OFET]]&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;[[Image:OFETcourbesRed.jpg|Caractéristiques de sortie d'un OFET]]<br/>
<tr><td>[[Image:OFETcanal.jpg|center|Vue au microscope optique du canal d'un OFET]]</td>
⚫
Fig.&nbsp;2&nbsp;: Vue au microscope optique du canal d'un OFET en configuration "bottom contact/bottom gate". Ce canal est constitué d'une petite molécule semi-conductrice (a). Caractéristiques de sortie de l'OFET &nbsp;: I<sub>ds</sub> est le courant drain-source, V<sub>ds</sub> la tension drain-source et V<sub>g</sub> la tension de grille (b).</center></p><br/>
<td>[[Image:OFETcourbesRed.jpg|center|Caractéristiques de sortie d'un OFET]]</td></tr>
⚫
<p>Les OFETs ont différentes applications, dont les [[#capteurs|capteurs chimiques]].</p>
<tr valign="top"><td align="center">Fig.&nbsp;2&nbsp;: Vue au microscope optique du canal d'un OFET en configuration "bottom contact/bottom gate". Ce canal est constitué d'une petite molécule semi-conductrice.</td>
⚫
<br/><br/><br/>
⚫
<td>Fig.&nbsp;3&nbsp;: Caractéristiques de sortie de l'OFET&nbsp;: I<sub>ds</sub> est le courant drain-source, V<sub>ds</sub> la tension drain-source et V<sub>g</sub> la tension de grille.</td></tr></table>
<br/>
⚫
<p>Les OFETs ont différentes applications, dont les [[Capteurs chimiques|capteurs chimiques]].</p>
⚫
<br/><br/>


==Dispositifs à courant limité par la charge d’espace (SCLC pour "Space Charge Limited Current")==
==Dispositifs à courant limité par la charge d’espace (SCLC pour "Space Charge Limited Current")==
<p>La mesure des caractéristiques I(V) d’une diode à un seul type de porteurs permet de remonter à la mobilité des porteurs de charges si le courant est limité par la charge d’espace. Un dispositif SCLC est donc une couche de semi-conducteur prise en sandwich entre deux électrodes dont le travail d’extraction est choisi pour injecter uniquement des électrons ou uniquement des trous. Le choix de ces électrodes dépend des niveaux énergétiques frontières du semi-conducteur organique étudié (Fig.&nbsp;3a). Plusieurs épaisseurs de dispositif sont nécessaires pour s’assurer que le courant est bien limité par la charge d’espace et non par l’injection des porteurs (même dépendance&nbsp;: I&nbsp;proportionnel à V<sup>2</sup> dans les deux cas). Les mesures I(V) (Fig.&nbsp;3b) sont effectuées en atmosphère contrôlée et l’épaisseur de la couche active est déterminée par profilométrie.</p>
<p>La mesure des caractéristiques I(V) d’une diode à un seul type de porteurs permet de remonter à la mobilité des porteurs de charges si le courant est limité par la charge d’espace. Un dispositif SCLC est donc une couche de semi-conducteur prise en sandwich entre deux électrodes dont le travail d’extraction est choisi pour injecter uniquement des électrons ou uniquement des trous. Le choix de ces électrodes dépend des niveaux énergétiques frontières du semi-conducteur organique étudié (Fig.&nbsp;4). Plusieurs épaisseurs de dispositif sont nécessaires pour s’assurer que le courant est bien limité par la charge d’espace et non par l’injection des porteurs (même dépendance&nbsp;: I&nbsp;proportionnel à V<sup>2</sup> dans les deux cas). Les mesures I(V) (Fig.&nbsp;5) sont effectuées en atmosphère contrôlée et l’épaisseur de la couche active est déterminée par profilométrie.</p>
⚫
<p><center>[[Image:SCLCdispositifs.jpg|Schéma des dispositifs SCLC pour la mesure de la mobilité des trous]]&nbsp;&nbsp;&nbsp;[[Image:SCLCcourbesRed.jpg|Courbes I(V) mesurées sur des dispositifs SCLC]]<br/>
⚫
Fig.&nbsp;3&nbsp;: Schéma des dispositifs SCLC pour la mesure de la mobilité des trous. HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) et LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital) sont les orbitales frontières de la petite molécule ou du polymère semi-conducteur (a). Courbes I(V) mesurées sur des dispositifs SCLC dont la couche active (deux épaisseurs différentes) est constituée d’une petite molécule semi-conductrice. Le régime ohmique (I&nbsp;proportionnel à V) est observé aux faibles tensions et le régime SCLC (I&nbsp;proportionnel à V<sup>2</sup>) aux tensions supérieures à 0,1 V (b).</center></p>
<br/><br/><br/>


<table border="0" cellpadding="5" cellspacing="1" style="width:100%;">
==<span class="mw-headline" id="capteurs">Capteurs chimiques</span>==
⚫
<tr><td width="50%">[[Image:SCLCdispositifs.jpg|center|400px|Schéma des dispositifs SCLC pour la mesure de la mobilité des trous]]</td>
<p> Les OFETs en configuration "bottom contact/bottom gate" peuvent être utilisés en tant que capteurs chimiques lorsque leur canal, constitué du matériau organique, est exposé à un gaz à analyser. Concrètement, un élément à capter (éthanol, acétone, etc.), encore appelé analyte, est envoyé mélangé à un gaz porteur (ici du N<sub>2</sub>), sur le canal du transistor. Un banc spécialement dédié (Fig.&nbsp;4a) permet de mesurer à la fois la concentration d'analyte dans le mélange et les caractéristiques de sortie du transistor.<br/>
<td width="50%">[[Image:SCLCcourbesRed.jpg|center|Courbes I(V) mesurées sur des dispositifs SCLC]]</td></tr>
Dans un premier temps, les caractéristiques de sortie du transistor organique sont mesurées pour différentes concentrations d'un analyte donné (Fig.&nbsp;4b). La répétition de ces mesures pour différents analytes permet d'établir des tables d'étalonnage.<br/>
<tr valign="top"><td align="center">Fig.&nbsp;4&nbsp;: Schéma des dispositifs SCLC pour la mesure de la mobilité des trous. HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) et LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital) sont les orbitales frontières de la petite molécule ou du polymère semi-conducteur.</td>
Dans un deuxième temps, la mesure des caractéristiques de sortie du transistor organique pour un analyte inconnu, à une concentration elle aussi inconnue, et la comparaison de ces caractéristiques avec la table d'étalonnage renseigne sur le type d’analyte (sélectivité) et sur sa concentration (sensibilité).</p>
⚫
<td>Fig.&nbsp;5&nbsp;: Courbes I(V) mesurées sur des dispositifs SCLC dont la couche active (deux épaisseurs différentes) est constituée d’une petite molécule semi-conductrice. Le régime ohmique (I&nbsp;proportionnel à V) est observé aux faibles tensions et le régime SCLC (I&nbsp;proportionnel à V<sup>2</sup>) aux tensions supérieures à 0,1 V.</td></tr></table>
<p><center>[[Image:CapteurBancRed.jpg|350px|Banc de caractérisation des capteurs chimiques organiques]]&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;[[Image:CapteurCaracteristiques2RedF.jpg|x300px|Caractéristiques de sortie d'un transistor à base de P3HT exposé à un mélange de N<sub>2</sub> et d'éthanol]]<br/>
<br/>
Fig.&nbsp;4&nbsp;: Banc de caractérisation des capteurs chimiques à base de transistors organiques à effet de champ (a). Évolution de la mobilité des trous, de l’hystérésis des caractéristiques de transfert et du courant de drain (pour une tension drain-source V<sub>ds</sub> et une tension grille-source V<sub>gs</sub> fixées) en fonction de la concentration d’éthanol pour un transistor à base de P3HT (Thèse de P. Lienerth) (b).</center></p>

Version du 25 juillet 2016 à 13:55


Zone caractérisation du système de boîtes à gants dédié aux dispositifs électroniques autres que les cellules photovoltaïques
 Échantillon en place sur le plateau de la station sous pointes pour la mesure des caractéristiques électriques des transistors organiques Station sous pointes pour la mesure des caractéristiques électriques des transistors organiques

Responsable : Daniel MATHIOT, Contact


Transistors organiques à effet de champ (OFETs pour "Organic Field Effect Transistors")

La mesure des caractéristiques de sortie et de transfert des transistors organiques à effet de champ est réalisée sous atmosphère inerte. Plusieurs configurations sont disponibles (Fig. 1) :
- contact en bas/grille en haut ou "bottom contact/top gate" (a)
- contact en bas/grille en bas ou "bottom contact/bottom gate" (b)
- contact en haut/grille en bas ou "top contact/bottom gate" (c)

Différentes configurations des OFETs
Fig. 1 : Schéma des différentes configurations possibles pour les OFETs

Les dimensions du canal du transistor sont variables et dépendent de la configuration choisie. Le canal est constitué soit d’un seul composant (donneur ou accepteur d’électrons) de la couche active d’une cellule photovoltaïque (Fig. 2), soit d’un mélange donneur/accepteur d’électrons. Les caractéristiques de transfert mesurées à l’aide d’un analyseur Keithley 4200 SCS (Fig. 3) permettent d’estimer la mobilité des porteurs de charges en utilisant le formalisme habituel des OFETs.

Vue au microscope optique du canal d'un OFET
Caractéristiques de sortie d'un OFET
Fig. 2 : Vue au microscope optique du canal d'un OFET en configuration "bottom contact/bottom gate". Ce canal est constitué d'une petite molécule semi-conductrice. Fig. 3 : Caractéristiques de sortie de l'OFET : Ids est le courant drain-source, Vds la tension drain-source et Vg la tension de grille.


Les OFETs ont différentes applications, dont les capteurs chimiques.



Dispositifs à courant limité par la charge d’espace (SCLC pour "Space Charge Limited Current")

La mesure des caractéristiques I(V) d’une diode à un seul type de porteurs permet de remonter à la mobilité des porteurs de charges si le courant est limité par la charge d’espace. Un dispositif SCLC est donc une couche de semi-conducteur prise en sandwich entre deux électrodes dont le travail d’extraction est choisi pour injecter uniquement des électrons ou uniquement des trous. Le choix de ces électrodes dépend des niveaux énergétiques frontières du semi-conducteur organique étudié (Fig. 4). Plusieurs épaisseurs de dispositif sont nécessaires pour s’assurer que le courant est bien limité par la charge d’espace et non par l’injection des porteurs (même dépendance : I proportionnel à V2 dans les deux cas). Les mesures I(V) (Fig. 5) sont effectuées en atmosphère contrôlée et l’épaisseur de la couche active est déterminée par profilométrie.

Schéma des dispositifs SCLC pour la mesure de la mobilité des trous
Courbes I(V) mesurées sur des dispositifs SCLC
Fig. 4 : Schéma des dispositifs SCLC pour la mesure de la mobilité des trous. HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) et LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital) sont les orbitales frontières de la petite molécule ou du polymère semi-conducteur. Fig. 5 : Courbes I(V) mesurées sur des dispositifs SCLC dont la couche active (deux épaisseurs différentes) est constituée d’une petite molécule semi-conductrice. Le régime ohmique (I proportionnel à V) est observé aux faibles tensions et le régime SCLC (I proportionnel à V2) aux tensions supérieures à 0,1 V.


Récupérée de « https://matisen.icube.unistra.fr/index.php?title=Zone_de_caractérisation&oldid=1663 »