Ce que de nombreux ingénieurs considéraient autrefois comme un défaut dans l’électronique organique pourrait en réalité rendre ces dispositifs plus stables et fiables, selon de nouvelles recherches de l’Université du Surrey et de Joanneum Research Materials.
L’article, qui sera présenté lors de la conférence IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM) 2025, décrit comment l’acceptation de petites barrières énergétiques à l’interface métal/semi-conducteur des transistors organiques en couche mince (OTFT) peut les aider à fonctionner de manière plus cohérente et plus fiable dans le temps.
Les transistors organiques en couche mince (OTFT) sont un composant clé de ce que l’on pense être la prochaine génération d’électronique flexible et portable. Ils sont légers, peu coûteux et imprimables sur de grandes surfaces, mais leur stabilité à long terme a toujours été un défi persistant.
Le Dr Radu Sporea, professeur associé en électronique de puissance et dispositifs semi-conducteurs à l’Institut des technologies avancées de l’Université du Surrey, chef de projet de l’étude, a déclaré :
« Pendant des années, les ingénieurs ont tenté d’éliminer les barrières énergétiques de contact, et pour de bonnes raisons : le plus souvent, elles limitent les performances. Notre recherche renverse cette idée. Nous avons découvert que de petites barrières bien contrôlées rendent en réalité le fonctionnement du transistor bien plus stable. »
En collaboration avec des partenaires en Autriche et des partenaires industriels chez Silvaco Europe, l’équipe a fabriqué des transistors flexibles en utilisant un matériau de contact en argent, courant dans l’électronique imprimée, et a démontré une uniformité de courant améliorée entre les dispositifs. Même à des tensions de fonctionnement très basses (≤ -4 V), les transistors ont maintenu des performances stables, ce qui les rend idéaux pour les applications à faible consommation d’énergie et portables.
La clé pour comprendre la stabilité améliorée des dispositifs a été permise par l’exploration de la conception novatrice du « transistor multimodal » (MMT) avec deux électrodes de grille, permettant un contrôle séparé de l’injection et de l’écoulement du courant. Cette séparation fait du MMT une structure de test idéale pour confirmer la physique derrière le fonctionnement contrôlé par les contacts.
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En utilisant des simulations informatiques avancées, les chercheurs ont confirmé que lorsque la barrière de contact est maintenue faible mais significative, le transistor fonctionne dans un mode contrôlé par les contacts, où l’écoulement du courant est principalement gouverné par l’interface semi-conducteur/contact plutôt que par le canal. Cela rend les dispositifs plus résistants aux décalages de tension causés par les charges piégées et d’autres effets de vieillissement qui affectent typiquement les dispositifs qui dépendent du canal pour leur fonctionnement en éliminant les barrières énergétiques aux contacts.
Le Dr Eva Bestelink, chercheuse principale à l’Advanced Technology Institute de l’Université du Surrey et auteure principale de l’étude, a expliqué : « Notre étude ouvre des possibilités de conception passionnantes. En travaillant avec les propriétés naturelles du matériau plutôt que contre elles, nous pouvons rendre l’électronique flexible plus robuste, durable et plus facile à produire. »
À l’avenir, l’utilisation des MMT et leur fonctionnement robuste pourraient simplifier les circuits de pixels utilisés dans les écrans OLED ou microLED de nouvelle génération, réduisant la complexité de fabrication et améliorant l’efficacité énergétique.
L’accès à l’équipement et à l’expertise de Joanneum Research Materials a été facilité par le projet « EMERGE » du programme de recherche et d’innovation Horizon 2020 de l’Union européenne.
Le Dr Barbara Stadlober, chercheuse principale à Joanneum Research Materials, a révélé : « Nos procédés technologiques pour l’électronique organique ont été perfectionnés pendant de nombreuses années, permettant un contrôle précis du dépôt et des propriétés des matériaux. Nous sommes très satisfaits de ces résultats scientifiquement précieux et pertinents pour l’industrie. »
Source : Surrey U.
