FR3066324A1 - Dispositif electronique a tenue au vieillissement amelioree - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif électronique (50) comprenant : un substrat (12) ; une première couche de protection (52) étanche à l'oxygène et à l'eau recouvrant le substrat ; au moins un composant électronique (18) situé sur la première couche de protection et comprenant au moins une région semiconductrice organique ; une couche d'encapsulation (66) étanche à l'oxygène et à l'eau, comprenant une colle époxy ou acrylate, recouvrant en totalité la région semiconductrice organique ; une deuxième couche de protection (64) étanche à l'oxygène et a l'eau recouvrant en totalité la couche d'encapsulation ; et une couche de support (62) recouvrant la deuxième couche de protection.
Description
DISPOSITIF ELECTRONIQUE A TENUE AU VIEILLISSEMENT AMELIOREE
Domaine
La présente demande concerne un dispositif électronique comprenant au moins un composant électronique organique et son procédé de fabrication.
Exposé de l'art antérieur
Un composant électronique organique est un composant électronique réalisé au moins en partie en au moins un matériau semiconducteur organique. Des exemples de composants électroniques organiques sont les transistors organiques, les photodiodes organiques (OPD, de l'anglais Organic Photodiode) ou les diodes électroluminescentes organiques (OLED, de l'anglais Organic Light-Emitting Diode).
Les matériaux semiconducteurs organiques tendent à se dégrader en présence d'air et d'eau. Un composant électronique organique peut alors ne plus fonctionner correctement au bout d'un certain temps. Pour améliorer la tenue au vieillissement d'un composant électronique organique, il est connu de placer le dispositif électronique comprenant ce composant électronique en sandwich entre des revêtements étanches à l'air et à l'eau. Toutefois, la protection apportée par ces revêtements peut être insuffisante pour empêcher une dégradation des matériaux organiques. Résumé
Un objet d'un mode de réalisation est de pallier tout ou partie des inconvénients des dispositifs électroniques connus comprenant au moins un composant électronique organique.
Un autre objet d'un mode de réalisation est d'augmenter la tenue au vieillissement du dispositif électronique.
Un autre objet d'un mode de réalisation est d'améliorer la protection du composant électronique organique contre l'eau et 1'oxygène.
Un autre objet d'un mode de réalisation est que tout ou partie du dispositif électronique puisse être réalisé par des dépôts successifs de couches par des techniques d'impression, par exemple par jet d'encre, par héliographie, par sérigraphie, par flexographie ou par enduction.
Ainsi, un mode de réalisation prévoit un dispositif électronique comprenant : un substrat ; une première couche de protection étanche à l'oxygène et à l'eau recouvrant le substrat ; au moins un composant électronique situé sur la première couche de protection et comprenant au moins une région semiconductrice organique ; une couche d'encapsulation étanche à l'oxygène et à l'eau, comprenant une colle époxy ou acrylate, recouvrant en totalité la région semiconductrice organique ; une deuxième couche de protection étanche à l'oxygène et à l'eau recouvrant en totalité la couche d'encapsulation ; et une couche de support recouvrant la deuxième couche de protection.
Selon un mode de réalisation, le substrat et/ou la couche de support comprend une couche en plastique, notamment en polyéthylène naphtalate, en polyéthylène téréphtalate, en polyimide, triacétate de cellulose, copolymère cyclo-oléfine, en polyétheréthercétone, ou en un mélange de ces composés.
Selon un mode de réalisation, les première et deuxième couches de protection comprennent chacune au moins une couche d'un matériau inorganique choisi parmi le nitrure de silicium, le nitrure d'aluminium, l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de silicium et les mélanges d'au moins deux de ces composés.
Selon un mode de réalisation, la couche d'encapsulation s'étend, en outre, entre les première et deuxième couches de protection autour du composant électronique.
Selon un mode de réalisation, l'épaisseur de la couche d'encapsulation sur le composant électronique est comprise entre 1 pm et 50 pm.
Selon un mode de réalisation, l'épaisseur de la première couche de protection et/ou de la deuxième couche de protection est comprise entre 10 nm et 500 nm.
Selon un mode de réalisation, le composant électronique comprend une photodiode organique, une diode électroluminescente organique ou un transistor organique.
Selon un mode de réalisation, le composant électronique comprend : des première et deuxième électrodes s'étendant sur la première couche de protection ; une première couche d'interface s'étendant au moins en partie sur la première électrode ; une région active organique s'étendant au moins en partie sur la première couche d'interface ; une deuxième couche d'interface s'étendant au moins en partie sur la région active, la couche d'encapsulation recouvrant en totalité la deuxième couche d'interface et la région active.
Selon un mode de réalisation, le composant électronique est adapté à émettre ou capter un rayonnement électromagnétique et la région active est la région dans laquelle est émise la majorité du rayonnement électromagnétique fourni par le composant optoélectronique ou dans laquelle se produit la majorité de la conversion du rayonnement électromagnétique reçu par le composant optoélectronique en un signal électrique.
Un mode de réalisation prévoit également un procédé de fabrication d'un dispositif électronique, comprenant les étapes successives suivantes : a) former un substrat recouvert d'une première couche de protection étanche à l'oxygène et à l'eau ; b) former, sur la première couche de protection, au moins un composant électronique comprenant au moins une région semiconductrice organique ; et c) coller une couche de support recouverte d'une deuxième couche de protection étanche à l'oxygène et à l'eau, du côté de la deuxième couche de protection, sur le composant électronique par l'intermédiaire d'une couche d'encapsulation étanche à l'oxygène et à l'eau, comprenant une colle époxy ou acrylate, recouvrant en totalité la région semiconductrice organique.
Selon un mode de réalisation, l'étape c) comprend les étapes successives suivantes : déposer des précurseurs du matériau de la couche d'encapsulation au moins sur une partie du composant électronique ; appliquer la couche de support recouverte de la deuxième couche de protection, du côté de la deuxième couche de protection, sur les précurseurs ; et faire réticuler les précurseurs.
Brève description des dessins
Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1 est une vue en coupe d'un exemple d'un dispositif électronique comprenant un composant électronique organique ; la figure 2 représente des courbes d'évolution du courant d'illumination et du courant d'obscurité d'une photodiode organique d'un dispositif électronique ayant la structure représentée en figure 1 ; la figure 3 est une vue en coupe d'un mode de réalisation d'un dispositif électronique comprenant un composant électronique organique ; la figure 4 représente des courbes d'évolution du courant d'illumination et du courant d'obscurité d'une photodiode organique d'un dispositif électronique ayant la structure représentée en figure 3 ; la figure 5 est une vue en coupe d'un autre mode de réalisation d'un dispositif électronique comprenant un composant électronique organique ; la figure 6 représente un mode de réalisation plus détaillé d'un dispositif optoélectronique comprenant une photodiode organique ; et la figure 7 représente un mode de réalisation plus détaillé d'un dispositif optoélectronique comprenant un transistor organique.
Description détaillée
De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures et, de plus, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle. Par souci de clarté, seuls les éléments qui sont utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, les circuits de commande des composants électroniques organiques sont bien connus de l'homme du métier et ne sont pas décrits.
Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "haut", "bas", etc., ou relative, tels que les termes "sur", "supérieur", "inférieur", etc., il est fait référence à l'orientation des figures ou à un dispositif électronique dans une position normale d'utilisation. Sauf précision contraire, les expressions "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % prés, de préférence à 5 % prés.
Dans la suite de la description, on appelle "région active" d'un composant optoélectronique la région du composant optoélectronique dans laquelle est émise la majorité du rayonnement électromagnétique fourni par le composant optoélectronique ou dans laquelle se produit la majorité de la conversion d'un rayonnement électromagnétique reçu par le composant optoélectronique en un signal électrique.
Dans la suite de la description, un matériau est dit étanche à l'oxygène lorsque la perméabilité du matériau à l'oxygène à 40°C est inférieure à 1.10_lcm3/(m^*jour). La perméabilité à l'oxygène peut être mesurée selon la méthode ASTM D3985 intitulée "Standard Test Method for Oxygen Gas Transmission Rate Through Plastic Film and Sheeting Using a Coulometric Sensor". Dans la suite de la description, un matériau est dit étanche à l'eau lorsque la perméabilité du matériau à l'eau à 40°C est inférieure à 1.10_lg/(m^*jour). La perméabilité à l'eau peut être mesurée selon la méthode ASTM F1249 intitulée "Standard Test Method for Water Vapor Transmission Rate Through Plastic Film and Sheeting Using a Modulated Infrared Sensor".
La figure 1 représente un exemple d'un dispositif électrique 10. Le dispositif 10 comprend : un substrat 12 ayant une face inférieure 14 et une face supérieure 16 opposée à la face inférieure 14 ; au moins un composant électronique organique 18 sur la face 16 et dont la structure interne n'est pas représentée en figure 1 ; un premier revêtement 20, ou revêtement inférieur, du côté de la face 14 et comprenant un empilement comportant une couche de support 22, une couche de protection 24 recouvrant la couche de support 22 et une couche de colle 26 recouvrant la couche de protection 24 et permettant le collage de la couche de protection 24 sur la face 14 ; et un deuxième revêtement 30, ou revêtement supérieur, du côté de la face 16 et comprenant un empilement comportant une couche de support 32, une couche de protection 34 recouvrant la couche de support 32 et une couche de colle 36 recouvrant la couche de protection 34 et permettant le collage de la couche de protection 34 sur le composant électronique organique 18 et sur la face 16 autour du composant électronique organique 18.
Le composant électronique organique 18 peut être un composant optoélectronique. Un composant optoélectronique organique comprend généralement une zone active en matériaux organiques dans laquelle est réalisée la conversion d'un rayonnement électromagnétique en un signal électrique.
Les revêtements 20 et 30 peuvent correspondre à des produits vendus dans le commerce. Les revêtements 20, 30 peuvent être mis en place par laminage sur les faces 14 et 16 et sur le dispositif électronique 18.
Chaque couche de support 22, 32 peut être en un matériau plastique.
Chaque couche de protection 24, 34 est une couche sensiblement étanche à l'air et à l'eau. Chaque couche de protection 24, 34 peut avoir une structure monocouche ou une structure multicouche. Selon un mode de réalisation, chaque couche de protection 24, 34 peut comprendre un empilement d'au moins une couche d'un matériau inorganique et d'au moins une couche d'un matériau organique. Des exemples de matériaux inorganiques sont le nitrure de silicium, le nitrure d'aluminium, l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de silicium et les mélanges d'au moins deux de ces composés. Des exemples de matériaux inorganiques sont les polyacrylates. L'épaisseur de la couche de protection 24, 34 peut être comprise entre 500 nm et 500 pm.
Les couches de colle 26, 36 peuvent être en un adhésif sensible à la pression (PSA, sigle anglais pour Pressure Sensitive Adhesive).
La figure 2 représente des courbes Ig et Ig obtenues dans le cas où le composant électronique 18 du dispositif électrique 10 représenté en figure 1 comprend une photodiode polarisée en inverse avec une tension constante. La courbe Ig correspond à la courbe d'évolution en fonction du temps du courant traversant la photodiode lorsqu'elle est éclairée, également appelé courant d'illumination, et la courbe Iq correspond à la courbe d'évolution en fonction du temps du courant traversant la photodiode en l'absence d'éclairage, également appelé courant d'obscurité.
La courbe I]_ comprend successivement une première phase PI pendant laquelle le courant d'illumination I]_ diminue de façon rapide et une deuxième phase PII pendant laquelle le courant d'illumination I]_ diminue plus lentement. La courbe Iq comprend une première phase, généralement voisine de la phase PI, pendant laquelle le courant d'obscurité Iq est sensiblement constant et une deuxième phase pendant laquelle le courant d'obscurité Iq augmente.
Il existe des critères pour quantifier les variations des propriétés du composant électronique 18 en fonction du temps, qui sont représentatives du vieillissement du composant électronique 18, et en déduire si le composant électronique 18 fonctionne correctement. A titre d'exemple, dans le cas d'une photodiode, il peut être considéré que la photodiode 18 ne fonctionne pas convenablement si la diminution du courant d'illumination I]_ depuis la première mise en fonctionnement de la photodiode est supérieure à 15 % ou si l'intensité du courant d'obscurité Iq est supérieure à Î.IO-^ a mesurée avec une tension de polarisation de -8 V. La tenue au vieillissement d'une photodiode électronique 18 d'un dispositif électronique 10 ayant la structure représentée en figure 1 peut être d'environ 200 heures.
Il serait souhaitable d'améliorer la tenue au vieillissement du composant électronique organique 18.
La figure 3 représente un mode de réalisation d'un dispositif électronique 50 à tenue au vieillissement amélioré. Le dispositif électronique 50 comprend le substrat 12 et le composant électronique organique 18 du dispositif électrique 10 représenté en figure 1. Toutefois, à la différence du dispositif électronique 1, le dispositif électronique 50 comprend une première couche de protection 52, ou couche de protection inférieure, disposée entre le substrat 12 et le composant électronique organique 18 et qui est au contact de la face 16 du substrat 12 et au contact du composant électronique organique 18. Le dispositif électronique 50 comprend, en outre, un revêtement 60 comprenant une couche de support 62 et une deuxième couche de protection 64, appelée couche de protection supérieure, qui recouvre la couche de support 12. Le dispositif électronique 50 comprend, en outre, une couche d'encapsulation 66, disposée entre la couche de protection supérieure 64 et le composant électronique organique 18 et entre la couche de protection supérieure 64 et la couche de protection inférieure 52 autour du composant électronique organique 18.
La couche de protection inférieure 52 et la couche de protection supérieure 64 peuvent avoir chacune la même structure que les couches de protection 24, 34 décrites précédemment. L'épaisseur du substrat 12 peut être comprise entre 5 pm et 1000 pm. Le substrat 12 peut être un substrat rigide ou un substrat flexible. Un exemple de substrat rigide comprend un substrat en silicium, en germanium ou en verre. De préférence, le substrat 12 est un film flexible. Un exemple de substrat flexible comprend un film en PEN (polyéthylène naphtalate), PET (polyéthylène téréphtalate), PI (polyimide), TAC (triacétate de cellulose), COP (copolymère cyclo-oléfine) ou PEEK (polyétheréthercétone). Le substrat 12 peut avoir une épaisseur de 10 pm à 300 pm, de préférence entre 75 pm et 250 pm, notamment de l'ordre de 125 pm, et présenter un comportement flexible, c'est-à-dire que le substrat 12 peut, sous l'action d'une force extérieure, se déformer, notamment se plier, sans se casser ou se déchirer. La couche de support 62 peut avoir la même structure que le substrat 12 lorsque celui-ci correspond à un substrat flexible. Au cours du procédé de fabrication du dispositif électronique 50, le substrat 12 peut être fixé, de façon temporaire, sur une poignée.
La couche d'encapsulation 66 est sensiblement étanche à l'air et à l'eau. Le matériau composant la couche d'encapsulation 66 est choisi dans le groupe comprenant un polyépoxyde ou un polyacrylate. Parmi les polyépoxydes, le matériau composant la couche d'encapsulation 66 peut être choisi parmi le groupe comprenant les résines époxy au bisphénol A, notamment le diglycidyléther du bisphénol A (DGEBA) et les diglycidyléther du bisphénol A et du tétrabromobisphénol A, les résines époxy au bisphénol F, les résines époxy novolaques, notamment les résines époxy-phénol-novolaques (EPN) et les résines époxy-crésol-novolaques (ECN), les résines époxy aliphatiques, notamment les résines époxy à groupes glycidiles et les époxydes cycloaliphatiques, les résines époxy glycidylamine, notamment les éthers de glycidyle de la méthylène dianiline (TGMDA) , et un mélange d'au moins deux de ces composés. Parmi les polyacrylates, le matériau composant la couche d'encapsulation 66 peut être réalisé à partir de monomères comprenant l'acide acrylique, le méthylméthacrylate, 1'acrylonitrile, les méthacrylates, 1'acrylate de méthyle, 1'acrylate d'éthyl, le 2-chloroéthyl vinyl éther, 1'acrylate de 2-éthylhexyle, le méthacrylate d'hydroxyéthyl, 1'acrylate de butyle, le méthacrylate de butyle, le triacrylate de triméthylolpropane (TMPTA) et des dérivés de ces produits. L'épaisseur de la couche d'encapsulation 66 recouvrant le composant électronique organique 18 est comprise entre 1 pm et 50 pm, de préférence entre 5 pm et 40 pm, notamment de l'ordre de 15 pm.
La figure 4 représente des courbes d'évolution du courant d'illumination I]_' et du courant d'obscurité I2' obtenues dans le cas où le composant électronique 18 du dispositif électrique 50 représenté en figure 3 comprend une photodiode polarisée en inverse avec une tension constante. Comme cela apparaît sur cette figure, le courant d'illumination I]_' est sensiblement constant au moins pendant 600 heures et le courant d'obscurité I2 ' est sensiblement constant au moins pendant 600 heures. La tenue au vieillissement du composant électronique organique 18 du dispositif électronique 50 ayant la structure représentée en figure 3 est donc augmentée.
La protection du composant électronique organique 18 contre l'eau et l'oxygène est réalisée par les couches de protection 52, 64 et la couche d'encapsulation 66 qui forment une barrière entourant complètement le composant électronique organique 18 à l'exception éventuelle de zones localisées prévues pour connecter le composant électronique organique 18 à un système électronique, non représenté, externe au dispositif électronique 50.
Au moins certains éléments du composant électronique organique 18 et de la couche d'encapsulation 66 peuvent être formés par un procédé dit additif, par exemple par impression directe du matériau adapté aux emplacements souhaités, par exemple par impression par jet d'encre, héliographie, sérigraphie, flexographie, revêtement par pulvérisation (en anglais spray coating) ou dépôt de gouttes (en anglais drop-casting). Au moins certains éléments du composant électronique organique 18 et de la couche d'encapsulation 66 peuvent être formés par un procédé dit soustractif, dans lequel le matériau adapté est déposé sur la totalité de la structure et dans lequel les portions non-utilisées sont ensuite retirées, par exemple par photolithographie ou ablation laser. Selon le matériau considéré, le dépôt sur la totalité de la structure peut être réalisé par exemple par voie liquide, par pulvérisation cathodique ou par évaporation. Il peut s'agir notamment de procédés du type dépôt à la tournette, revêtement par pulvérisation, héliographie, revêtement par enduction (en anglais slot-die coating), revêtement à la lame (en anglais blade-coating), flexographie ou sérigraphie.
Au moins certains éléments du composant électronique organique 18 et de la couche d'encapsulation 66, de préférence la totalité du composant électronique organique 18 et de la couche d'encapsulation 66, peuvent être réalisés par des techniques d'impression.
Selon un mode de réalisation du procédé de fabrication du dispositif électronique 50, la couche de protection inférieure 52 peut être déposée sur le substrat 12 par évaporation. Selon un mode de réalisation, la couche de protection supérieure 64 peut être déposée sur la couche de support 62 par évaporation.
Selon un mode de réalisation du procédé de fabrication du dispositif électronique 50, après que le composant électronique organique 18 a été formé sur la couche de protection inférieure 52, la couche d'encapsulation 66 peut être formée par le dépôt de précurseurs du matériau composant la couche d'encapsulation 66, par exemple une colle époxy ou acrylate, à l'emplacement souhaité par sérigraphie, notamment sur le composant électronique organique 18 et éventuellement au moins sur une partie de la couche de protection inférieure 52 autour du composant électronique organique 18. De préférence, les précurseurs ne sont pas déposés sur la totalité de la couche de protection inférieure 52 autour du composant électronique organique 18.
Le revêtement 60, comprenant la couche de support 62 recouvert de la couche de protection supérieure 64, peut alors être déposé sur le composant électronique organique 18 et sur la couche de protection inférieure 52 autour du composant électronique organique 18 par laminage. Il peut s'agir d'un procédé de laminage de film à chaud, de laminage à froid ou de laminage sous vide. L'opération de laminage entraîne, en outre, un étalement des précurseurs du matériau composant la couche d'encapsulation 66 entre la couche de protection supérieure 64 et le composant électronique organique 18, et entre la couche de protection supérieure 64 et la couche de protection inférieure 52 autour du composant électronique organique 18.
Une étape de réticulation des précurseurs du matériau composant la couche d'encapsulation 66 est alors réalisée pour obtenir la couche d'encapsulation 66, par exemple par exposition de la structure à un rayonnement ultraviolet. A titre d'exemple, le rayonnement ultraviolet peut avoir une longueur d'onde inférieure ou égale à 400 nm. L'énergie du rayonnement ultraviolet peut être supérieure ou égale à 100 mJ/cm^.
La couche d'encapsulation 66 joue le rôle de colle entre le revêtement 60 et le composant électronique organique 18 et entre le revêtement 60 et la couche barrière inférieure 52. Une barrière sensiblement étanche à l'oxygène et à l'eau, formée par les couches de protection 52, 64 et la couche d'encapsulation 66, entoure alors complètement le composant électronique organique 18. Même si, lors de l'opération de laminage, des bulles d'air sont piégées entre la couche de protection supérieure 64 et la couche d'encapsulation 66, la couche d'encapsulation 66 est suffisante pour protéger le composant électronique organique 18 contre ces bulles d'air. L'étanchéité à l'eau et à l'oxygène de la couche d'encapsulation 66 peut être inférieure à l'étanchéité à l'eau et à l'oxygène fournie par les couches de protection 52, 64. C'est pourquoi il est avantageux de prévoir la couche de protection supérieure 64. Toutefois, il est avantageux que le matériau composant la couche d'encapsulation 66 ait, en plus des propriétés de collage, une étanchéité à l'eau et à l'oxygène. En effet, la couche de protection 66 fournit une barrière contre la pénétration de l'eau et de l'oxygène sur le bord latéral du dispositif électronique 50.
La figure 5 représente un autre mode de réalisation d'un dispositif électronique 70 à tenue au vieillissement améliorée. Le dispositif électronique 70 comprend tous les éléments du dispositif électronique 50 représenté en figure 3 et comprend, en outre, une couche isolante 72 située entre la couche d'encapsulation 66 et le composant électronique organique 18. La couche isolante 72 peut recouvrir totalement le composant électronique 18. La couche isolante 72 peut être au contact du composant électronique organique 18. La couche d'encapsulation 66 peut être au contact de la couche isolante 72. La couche isolante 72 peut comprendre un matériau isolant organique, par exemple du parylène. L'épaisseur de la couche isolante 72 peut être comprise entre 20 nm et 1 pm. La couche isolante 72 peut jouer un rôle de couche de protection dans le cas où au moins certains matériaux du composant électronique 18 sont susceptibles de réagir avec le matériau de la couche d'encapsulation 66 et/ou les précurseurs du matériau de la couche d'encapsulation 66.
La figure 6 représente un mode de réalisation d'un dispositif électronique 80 ayant la même structure que le dispositif électronique 50, représenté en figure 3, dans le cas où le composant optoélectronique 18 comprend une photodiode. Le dispositif électronique 80 comprend l'ensemble des éléments du dispositif électronique 50 et comprend, en outre : une première électrode 82 et une deuxième électrode 84 au contact de la couche de protection inférieure 52 et recouvrant la couche de protection inférieure 52 ; une première couche d'interface 86, ou couche d'interface inférieure 86, au contact de la première électrode 82 et recouvrant la première électrode 82 en partie ou en totalité ; une région active 88 au contact de la couche d'interface inférieure 86, recouvrant la couche d'interface inférieure 86 en partie ou en totalité et pouvant recouvrir partiellement la première électrode 82 et/ou la couche de protection inférieure 52 ; une deuxième couche d'interface 90, ou couche d'interface supérieure 90, au contact de la région active 88 et recouvrant partiellement ou en totalité la région active 88, la couche d'interface supérieure 90 étant, en outre, au contact de la deuxième électrode 84 et recouvrant partiellement la deuxième électrode 84, la couche d'encapsulation 66 étant au contact de la couche d'interface supérieure 90, des électrodes 82, 84 et de la couche de protection inférieure 52 et éventuellement au contact de la région active 88 lorsque la région active 88 n'est pas complètement recouverte par la couche d'interface supérieure 90 et recouvrant les parties non déjà recouvertes de la couche d'interface supérieure 90, de la région active 88, des électrodes 82, 84 et de la couche de protection inférieure 52 ; éventuellement une première ouverture 92 traversant la couche de support 62 et la couche de protection supérieure 64 et exposant une partie de la première électrode 82 et une deuxième ouverture 94 traversant la couche de support 62 et la couche de protection supérieure 64 et exposant une partie de la deuxième électrode 84 ; et un premier plot conducteur 96 dans la première ouverture 92 au contact de la première électrode 82 et un deuxième plot conducteur 98 dans la deuxième ouverture 94 au contact de la deuxième électrode 84.
Selon un mode de réalisation, le matériau composant les électrodes 82, 84 est choisi parmi le groupe comprenant : un oxyde conducteur transparent (TCO), notamment de l'ITO, un oxyde de zinc et d'aluminium (AZO, acronyme anglais pour Aluminium Zinc Oxide) , un oxyde de gallium et de zinc (GZO, acronyme anglais pour Gallium Zinc Oxide), un alliage ITO/Ag/ITO, un alliage AZO/Ag/AZO ou un alliage ZnO/Ag/ZnO ; un métal, par exemple de l'argent, de l'or, du plomb, du palladium, du cuivre, du nickel, du tungstène ou du chrome ; des nanofils de carbone, d'argent et de cuivre ; du graphène ; et un mélange d'au moins deux de ces matériaux. L'épaisseur de chaque électrode 82, 84 est comprise entre 10 nm et 5 pm, de préférence entre 50 nm et 1 pm, notamment de l'ordre de 130 nm. De préférence, les électrodes 82, 84 sont réalisées en un matériau conducteur et au moins partiellement transparent, par exemple en oxyde d'indium-étain ou ITO (acronyme anglais pour Indium Tin Oxyde).
La couche d'interface 86 ou 90 peut correspondre à une couche injectrice d'électrons ou à une couche injectrice de trous. Le travail de sortie de la couche d'interface 86 ou 90 est adapté à bloquer, collecter ou injecter des trous et/ou des électrons suivant que cette couche d'interface joue le rôle d'une cathode ou d'une anode. Plus précisément, lorsque la couche d'interface 86 ou 90 joue le rôle d'anode, elle correspond à une couche injectrice de trous et bloqueuse d'électrons. Le travail de sortie de la couche d'interface 86 ou 90 est alors supérieur ou égal à 4,5 eV, de préférence supérieur ou égal à 5 eV. Lorsque la couche d'interface 86 ou 90 joue le rôle de cathode, elle correspond à une couche injectrice d'électrons et bloqueuse de trous. Le travail de sortie de la couche d'interface 86 ou 90 est alors inférieur ou égal à 4,5 eV, de préférence inférieur ou égal à 4,2 eV.
Dans le cas où la couche d'interface 86 ou 90 joue le rôle d'une couche injectrice d'électrons, le matériau composant la couche d'interface 86 ou 90 est choisi parmi le groupe comprenant : un oxyde métallique, notamment un oxyde de titane ou un oxyde de zinc ; un système hôte/dopant moléculaire, notamment les produits commercialisés par la société Novaled sous les appellations NET-5/NDN-1 ou NET-8/MDN-26 ; un polymère conducteur ou semiconducteur dopé, par exemple le polymère PEDOT:Tosylate qui est un mélange de poly(3,4)-éthylènedioxythiophène et de tosylate ; un carbonate, par exemple du CsCO3 ; un polyélectrolyte, par exemple du poly[9,9-bis(3'-(Ν,Ν-diméthylamino)propyl)-2,7-fluorène-alt-2,7-(9,9-dioctyfluorène)] (PEN), du poly[3- (6- triméthylammoniumhexyl) thiophène] (P3TMAHT) ou du poly[9,9-bis(2-éthylhexyl) fluorène]-b-poly[3-(6- triméthylammoniumhexyl] thiophène (PF2/6-b-P3TMAHT) ; un polymère de polyéthylèneimine (PEI) ou un polymère de polymère de polyéthylèneimine éthoxylée (PEIE) , propoxylée et/ou butoxylée ; et un mélange de deux ou de plus de deux de ces matériaux.
De préférence, la couche d'interface inférieure 86 joue le rôle d'une couche injectrice d'électrons et est en polymère de polyéthylèneimine éthoxylée.
Dans le cas où la couche d'interface 86 ou 90 joue le rôle d'une couche injectrice de trous, le matériau composant la couche d'interface 8 6 ou 90 peut être choisi parmi le groupe comprenant : un polymère conducteur ou semiconducteur dopé, notamment les matériaux commercialisés sous les appellations Plexcore OC RG-1100, Plexcore OC RG-1200 par la société Sigma-Aldrich, le polymère PEDOT:PSS, qui est un mélange de poly(3,4)-éthylènedioxythiophène et de polystyrène sulfonate de sodium, ou une polyaniline ; un système hôte/dopant moléculaire, notamment les produits commercialisés par la société Novaled sous les appellations NHT-5/NDP-2 ou NHT-18/NDP-9 ; un polyélectrolyte, par exemple le Nation ; un oxyde métallique, par exemple un oxyde de molybdène, un oxyde de vanadium, de l'ITO, ou un oxyde de nickel ; et un mélange de deux ou de plus de deux de ces matériaux. De préférence, dans le cas où la couche d'interface 86 ou 90 joue le rôle d'une couche injectrice de trous, le matériau composant la couche d'interface 86 ou 90 est un polymère conducteur ou semiconducteur dopé.
De préférence, la couche d'interface supérieure 90 joue le rôle de couche injectrice de trous et est en PEDOT:PSS. Un avantage du PEDOT:PSS est qu'il peut être facilement déposé par des techniques d'impression, par exemple par jet d'encre, par héliographie, par sérigraphie ou par enduction. L'épaisseur de la couche d'interface supérieure 90 recouvrant la région active 88 est comprise entre 10 nm et 10 pm, de préférence entre 100 nm et 1 pm, notamment de l'ordre de 500 nm.
Selon le procédé de fabrication mis en oeuvre, une couche du matériau utilisé pour la couche d'interface inférieure 86 peut, en outre, être présente entre l'électrode 84 et la couche d'interface supérieure 90.
La région active 88 comprend au moins un matériau organique et peut comprendre un empilement ou un mélange de plusieurs matériaux organiques. La région active 88 peut comprendre un mélange d'un polymère donneur d'électrons et d'une molécule accepteuse d'électrons. La zone fonctionnelle de la région active 88 est délimitée par le recouvrement entre la couche d'interface inférieure 86 et la couche d'interface supérieure 90. Les courants traversant la zone fonctionnelle de la région active 88 peuvent varier de quelques picoampères à quelques microampères. L'épaisseur de la région active 88 recouvrant la couche d'interface inférieure 86 peut être comprise entre 50 nm et 1 pm, par exemple de l'ordre de 500 nm.
La région active 88 peut comprendre des petites molécules, des oligomères ou des polymères. Il peut s'agir de matériaux organiques ou inorganiques. La région active 88 peut comprendre un matériau semiconducteur ambipolaire, ou un mélange d'un matériau semiconducteur de type N et d'un matériau semiconducteur de type P, par exemple sous forme de couches superposées ou de mélange intime à l'échelle nanométrique de façon à former une hétérojonction en volume.
Des exemples de polymères semiconducteurs de type P adaptés à la réalisation de la région active 88 sont le poly(3-hexylthiophène) (P3HT), lepoly[N- 9'-heptadécanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4,7-di-2-thiényl-2',1',3'-benzothiadiazole)] (PCDTBT), le Poly[(4,8-bis-(2-éthylhexyloxy)-benzo[1,2-b;4,5- b']dithiophène)-2,6-diyl-alt-(4-(2-éthylhexanoyl)-thie-no[3,4-b]thiophène))-2,6-diyl]; 4,5-b']dithi-ophène)-2,6-diyl-alt-(5,5' — bis(2-thiényl)-4,4,-dinonyl-2,2'-bithiazole)-5',5''-diyl] (PBDTTT-C), le poly[2-méthoxy-5-(2-éthyl-hexyloxy)-1,4-phény-lène-vinylène] (MEH-PPV) ou le Poly[2,6-(4,4-bis-(2-éthylhexyl)-4H-cyclopenta [2,1-b;3,4-b']dithiophène)-alt-4,7(2,1,3-benzo-thiadiazole)] (PCPDTBT).
Des exemples de matériaux semiconducteurs de type N adaptés à la réalisation de la région active 88 sont les fullerènes, notamment le C60, le [6,6]-phényl-Cgg-butanoate de méthyle ([60]PCBM), le [6, 6]-phényl-Cçg-butanoate de méthyle ([70]PCBM), le pérylène diimide, l'oxyde de zinc (ZnO) ou des nanocristaux permettant la formation de boîtes quantiques, en anglais quantum dots. L'épaisseur de l'empilement comprenant la couche d'interface inférieure 86, la région active 88 et la couche d'interface supérieure 90 est comprise entre 1 pm et 4 pm, de préférence entre 1,5 pm et 2 pm.
La figure 7 représente un mode de réalisation d'un dispositif électronique 100 ayant la même structure que le dispositif électronique 50, représenté en figure 3, dans le cas où le composant optoélectronique 18 comprend un transistor organique dit « à grille haute ». Le dispositif électronique 100 comprend l'ensemble des éléments du dispositif électronique 50 et comprend, en outre : des portions conductrices 102, 104 sur la couche de protection inférieure 52 ; une couche semiconductrice 106 recouvrant les portions conductrices 102, 104 et la couche de protection inférieure 52 entre les portions conductrices 102, 104 ; une couche isolante 108 recouvrant la couche semi-conductrice 106 ; et une portion conductrice 110 sur la couche isolante 108.
La portion conductrice 110 forme la grille du transistor. La couche isolante 108 correspond à la grille du transistor. Les portions conductrices 102 et 104 forment les contacts de drain et de source du transistor. Le canal du transistor est formé dans la couche semiconductrice 106.
Les portions conductrices 102, 104 et 110 peuvent avoir la même structure et la même composition que les électrodes 82, 84 décrites précédemment. A titre de variante, le composant optoélectronique 18 peut comprendre un transistor organique dit « à grille basse ». Dans ce cas, la portion conductrice 110, formant la grille du transistor, est située sur la couche de protection inférieure 52 et est recouverte par la couche isolante 108 et la couche isolante 108 est recouverte par la couche semiconductrice 106 sur laquelle sont formées les portions conductrices 102 et 104;
Des modes de réalisation particuliers ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, même si, dans les modes de réalisation décrits précédemment, le dispositif électronique comprend seulement une seul composant électronique, il est clair que le dispositif électronique peut comprendre plusieurs composants électroniques, notamment plusieurs photodiodes ou diodes électroluminescentes, des photodiodes et des transistors, ou des diodes électroluminescentes et des transistors.
Claims (11)
- REVENDICATIONS1. Dispositif électronique (50 ; 70 ; 80 ; 100) comprenant : un substrat (12) ; une première couche de protection (52) étanche à l'oxygène et à l'eau recouvrant le substrat ; au moins un composant électronique (18) situé sur la première couche de protection et comprenant au moins une région semiconductrice organique (86, 88, 90 ; 106) ; une couche d'encapsulation (66) étanche à l'oxygène et à l'eau, comprenant une colle époxy ou acrylate, recouvrant en totalité la région semiconductrice organique ; une deuxième couche de protection (64) étanche à l'oxygène et à l'eau recouvrant en totalité la couche d'encapsulation ; et une couche de support (62) recouvrant la deuxième couche de protection.
- 2. Dispositif électronique selon la revendication 1, dans lequel le substrat (12) et/ou la couche de support (62) comprend une couche en plastique, notamment en polyéthylène naphtalate (PEN), en polyéthylène téréphtalate (PET), en polyimide (PI) , triacétate de cellulose (TAC), copolymère cyclo-oléfine (COP) , en polyétheréthercétone (PEEK) , ou en un mélange de ces composés.
- 3. Dispositif électronique selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les première et deuxième couches de protection (52, 64) comprennent chacune au moins une couche d'un matériau inorganique choisi parmi le nitrure de silicium, le nitrure d'aluminium, l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de silicium et les mélanges d'au moins deux de ces composés.
- 4. Dispositif électronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la couche d'encapsulation (66) s'étend, en outre, entre les première et deuxième couches de protection (52, 64) autour du composant électronique (18).
- 5. Dispositif électronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'épaisseur de la couche d'encapsulation (66) sur le composant électronique (18) est comprise entre 1 pm et 50 pm.
- 6. Dispositif électronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'épaisseur de la première couche de protection (52) et/ou de la deuxième couche de protection (64) est comprise entre 10 nm et 500 nm.
- 7. Dispositif électronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le composant électronique (18) comprend une photodiode organique, une diode électroluminescente organique ou un transistor organique.
- 8. Dispositif électronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le composant électronique (18) comprend : des première et deuxième électrodes (82, 84) s'étendant sur la première couche de protection (52) ; une première couche d'interface (86) s'étendant au moins en partie sur la première électrode ; une région active (88) organique s'étendant au moins en partie sur la première couche d'interface (86) ; une deuxième couche d'interface (90) s'étendant au moins en partie sur la région active (88), la couche d'encapsulation (66) recouvrant en totalité la deuxième couche d'interface et la région active.
- 9. Dispositif électronique selon la revendication 8, dans lequel le composant électronique (18) est adapté à émettre ou capter un rayonnement électromagnétique et dans lequel la région active (88) est la région dans laquelle est émise la majorité du rayonnement électromagnétique fourni par le composant optoélectronique ou dans laquelle se produit la majorité de la conversion du rayonnement électromagnétique reçu par le composant optoélectronique en un signal électrique.
- 10. Procédé de fabrication d'un dispositif électronique (50 ; 70 ; 80 ; 100) , comprenant les étapes successives suivantes : a) former un substrat (12) recouvert d'une première couche de protection (52) étanche à l'oxygène et à l'eau ; b) former, sur la première couche de protection, au moins un composant électronique (18) comprenant au moins une région semiconductrice organique (86, 88, 90 ; 106) ; et c) coller une couche de support (62) recouverte d'une deuxième couche de protection (64) étanche à l'oxygène et à l'eau, du côté de la deuxième couche de protection, sur le composant électronique (18) par l'intermédiaire d'une couche d'encapsulation (66) étanche à l'oxygène et à l'eau, comprenant une colle époxy ou acrylate, recouvrant en totalité la région semiconductrice organique.
- 11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel l'étape c) comprend les étapes successives suivantes : déposer des précurseurs du matériau de la couche d'encapsulation (66) au moins sur une partie du composant électronique (18) ; appliquer la couche de support (62) recouverte de la deuxième couche de protection (64), du côté de la deuxième couche de protection, sur les précurseurs ; et faire réticuler les précurseurs.
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