Des chimistes développent une molécule robuste qui donne un coup de pouce aux appareils électroniques organiques

Les chimistes du RIKEN ont développé une molécule qui améliore les performances des dispositifs électroniques organiques et qui est également plus stable que les alternatives précédentes, augmentant ainsi les chances qu’elle puisse être utilisée dans les processus de fabrication industrielle. L’étude est publiée dans Matériaux avancés.

Les appareils électroniques conventionnels sont fabriqués à partir de semi-conducteurs durs tels que le silicium, mais de plus en plus de molécules semi-conductrices organiques apparaissent dans des appareils tels que les téléviseurs et les écrans de téléphones portables qui utilisent des diodes électroluminescentes organiques (OLED).

« Les dispositifs électroniques organiques sont de bons candidats pour les dispositifs minces, légers et flexibles, qui ne sont pas facilement réalisables à l’aide de matériaux inorganiques », explique Kazuo Takimiya du Centre RIKEN pour la science de la matière émergente, qui a dirigé la recherche.

Mais les semi-conducteurs organiques ont besoin de l’aide d’autres molécules, appelées dopants, pour stimuler le flux de charge qui les traverse. Par exemple, certains dopants contiennent des électrons à des niveaux d’énergie élevés, qui peuvent être facilement libérés dans un semi-conducteur. Mais les dopants organiques donneurs d’électrons existants ont tendance à être instables, ce qui les rend difficiles à concevoir, à synthétiser et à manipuler, explique Takimiya.

Son équipe avait déjà étudié des dérivés d’une molécule appelée tétraphényldipyranylidène, capable de donner facilement des électrons aux matériaux semi-conducteurs organiques. En apportant de nouvelles modifications à cette molécule, ils ont maintenant amélioré sa stabilité à haute température.

La modification la plus prometteuse a consisté à ajouter des groupes amines à base d’azote qui poussent les électrons dans la région centrale de la molécule. Des calculs théoriques ont suggéré que la molécule résultante, appelée DP7, possède des électrons à un niveau d’énergie suffisamment élevé. Des expériences ont montré qu’elle est également très stable et peut être ajoutée aux dispositifs par dépôt sous vide, l’un des procédés les plus largement utilisés dans la fabrication de semi-conducteurs.

L’équipe a incorporé le DP7 dans plusieurs dispositifs électroniques organiques, notamment un transistor à effet de champ organique (OFET) constitué d’une fine couche de buckminsterfullerène, ou « buckyballs », sur un substrat à base de silicium. Ils ont ajouté des patchs ultrafins de DP7 pour connecter la couche de buckminsterfullerène aux électrodes en or.

Les chercheurs ont découvert que l’interface entre le buckminsterfullerène et le DP7 avait une résistance électrique bien inférieure à celle des variantes précédentes du dopant. En effet, elle avait l’une des résistances les plus faibles de tous les OFET dopés aux électrons signalés à ce jour. Cela améliorera le flux d’électrons dans le buckminsterfullerène.

De plus, le dispositif était stable, ne montrant aucune dégradation après avoir été stocké sous atmosphère inerte pendant deux semaines.

Le DP7 est facilement fabriqué à partir de produits chimiques disponibles dans le commerce en utilisant seulement deux réactions chimiques, et Takimiya est optimiste quant à son utilisation dans l’industrie. « Pour les appareils commerciaux, il pourrait être utilisé pour améliorer la conductivité de la couche de transport d’électrons dans les OLED, qui sont fabriqués par des procédés sous vide. »

Les chercheurs recherchent désormais d’autres dopants stables qui ont des capacités de don d’électrons encore plus grandes.