I.7. Mobilité
La mobilité est un point faible majeur de
l'électronique organique. C'est le saut entre chaînes qui est en
majorité responsable des faibles mobilités observées. Les
liaisons intermoléculaires sont plus faibles (principalement dues aux
forces de Van- de -Waals) et plus longues qu'à l'intérieur des
molécules. Or, ces deux facteurs influencent de façon
néfaste le hopping. Ainsi, les composants en petites molécules
peuvent atteindre des mobilités jusqu'à deux ordres de grandeur
supérieurs par rapport aux polymères.
La mobilité des porteurs de charge dans les
semi-conducteurs organiques est généralement
déterminée par la technique de temps de vol. Dans ce cas, les
porteurs de charge sont générés à proximité
d'une électrode à l'autre par une excitation photonique
transitoire ce qui donne une mobilité de la forme suivante [06]:
Où d la distance inter- électrode, E le champ
électrique appliqué et ôt le temps de transit mis par le
porteur de charge pour parcourir la distance d.
A basse tension, la mobilité est indépendante du
champ électrique et elle est caractérisée par une
énergie d'activation entre 0.4 et 0.6 eV. A haute tension, la
mobilité est dépendante de
champ électrique E et prend la forme: expS.E,
(2)
'où S est un coefficient dépendant de
la
température.
I.8. Différence entre semi-conducteurs
inorganiques et organiques
Les matériaux organiques, polymères ou petites
molécules, sont souvent des semiconducteurs ou des isolants.
Contrairement aux semi-conducteurs inorganiques, les impuretés jouent le
rôle de pièges plutôt que de sources de porteurs de charges.
Dans le silicium et le germanium, le couplage fort entre les atomes constituant
le matériau et l'ordre du réseau entraîne la
délocalisation des états électroniques et la formation des
bandes de valence et de conduction séparées par une bande
d'énergie interdite (gap). A l'aide d'une activation thermique, les
porteurs de charges sont générés dans la bande de
conduction où ils se déplacent librement. Les défauts
chimiques ou structuraux dans les semi-conducteurs inorganiques introduisent
des états localisés dans le gap. En effet, le porteur de charge,
activé thermiquement, peut être piégé dans ces
états localisés et ne contribue pas à la conduction. Le
porteur piégé dans les états localisés peut se
déplacer entre ces états par effet tunnel. Le porteur de charge
peut surmonter les différences d'énergie entre ces états
par l'absorption et l'émission des phonons [06].
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Type de matériau
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Isolant
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Semi-conducteurs
organiques
|
Semi-conducteurs
inorganiques
|
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Le matériau
|
Si02
|
A1q3
|
TPD
|
PPV
|
Si
|
Ge
|
|
Mobifité des trous
(cm2/Vs)
|
2 10-7
|
2 10-8
|
2 10-3
|
10-5
|
505
|
2050
|
Tableau I.1 : Mobilités des trous de quelques
semi-conducteurs organiques et inorganiques.
Dans les matériaux organiques, les interactions
intramoléculaires sont principalement covalentes, mais les interactions
intermoléculaires sont des interactions de Van der Waals faibles. Par
conséquent, les bandes de transport dans les organiques sont plus
étroites que celles des inorganiques et la structure de bande est
facilement perturbée par le désordre dans ces matériaux.
Le faible couplage entre les molécules entraîne une localisation
importante des porteurs de charge. En effet, le transport est assuré par
une séquence d'étapes de transfert de charge entre les
molécules, ce qui est similaire au transport par saut (hopping) entre
états localisés dans les semi-conducteurs inorganiques. A cause
du désordre structural dans les semiconducteurs organiques, la
mobilité des porteurs de charge est plus faible et la densité de
pièges est plus élevée que celles des semi-conducteurs
inorganiques. Dans le tableau I.1, on donne la mobilité de quelques
semi-conducteurs organiques et inorganiques en les comparant avec la
mobilité des trous dans SiO2.
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