B- La tension sous seuil VTh et la mobilité de
saturation ì
Les valeurs de la tension de seuil VTh et de la
mobilité ì à effet de champ ont été
extraites de l'extrapolation linéaire de la courbe de la racine
carrée du courant de drain en fonction de la tension de grille en
régime saturé (courbe en bleu sur la figure
III.11). En effet, la tension de seuil passe de 15 V pour
l'échantillon PZ0 à 10 V pour PZ150. Le décalage de la
tension de seuil vers les tensions les plus faibles valeurs est liée aux
états du piège dans l'interface couche active P3HT:ZnO/isolant de
grille (SiO2). En réalité, les charges sont initialement
piégées dans cette interface puis peuvent participer au courant
de drain lors de l'application de la tension de grille
[13-15].
Dans un OFET à canal p qui fonctionne avec un
VTh <0, le VTh est proportionnel à la charge
minimale nécessaire pour la formation du canal (donc la charge minimale
nécessaire pour remplir les pièges, etc.). Ce qui n'est pas le
cas pour les dispositifs à base de P3HT avec lesquels VTh > 0 ;
le canal est déjà conducteur même à
VG = 0 comme l'indique la figure III.9. Ce qui pourrait donc
expliquer les valeurs positives de VTh que nous avons trouvées.
Dans ce cas, le VTh est un indicateur de la
façon dont de nombreuses charges positives doivent être
compensées avant que le « courant de coupure » minimal soit
atteint. A titre d'exemple, Henrik et al. [16] ont
étudié les transistors à effet de champ à base de
P3HT qui ont une tension de seuil VTh positive assez importante, variant entre
+10 et +20 V. Ils ont constaté que dans le cas où
l'épaisseur de film est extrêmement mince, elle augmente le risque
d'introduire une contamination dans la région du canal OFET sensible
à l'interface. Par ailleurs, Jia et al. [13] ont
constaté qu'on peut trouver des valeurs de tension de seuil positifs
pour les OFETs à base de P3HT. Plusieurs auteurs ont travaillé
sur les OFETs à base de P3HT/Oxide et ont trouvé un
décalage énorme de tension de seuil, supérieur à 20
V [18-20].
Généralement, la mobilité dans les
transistors organiques à effet de champ dépend de la tension
Vg appliquée. En effet, la mobilité des porteurs de
charges, soit en régime linéaire ou soit en régime
saturé, augmente de façon significative avec la tension de grille
et sature pour les tensions les plus élevées
[21]. La saturation s'explique par l'effet de la
résistance des contacts du drain et de la
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source qui diminue lorsque la tension de grille augmente
[22]. De plus, une étude expérimentale dans la
littérature [23] montre que la hauteur de la
barrière de potentiel au niveau des joints de grains diminue avec la
tension de polarisation Vg et cela correspond effectivement à une
croissance de la mobilité en fonction de Vg. Par ailleurs, il reste
toujours le paramètre plus important à voir si le transistor peut
être utilisé dans le domaine optoélectronique. Le
tableau III.1 présente les valeurs de la
mobilité des porteurs de charges en régime saturé des
transistors à base de P3HT en fonction de concentrations de ZnO. La
capacité par unité de surface de la couche de dioxyde de silicium
SiO2 (230 nm) est Ci=15 nFcm-2. Nous remarquons une
augmentation de la mobilité d'un facteur 10 entre les OFETs PZ0
(10-4 cm2/Vs) et PZ100 (10-3
cm2/Vs) puis elle diminue pour le OFET PZ150 (2.10-4
cm2/Vs). Cette variation est de même observée pour le
courant Id. Ce type de comportement a été également
observé par Xu et al. [24]. L'augmentation de la
mobilité peut être attribuée à la réduction
de la densité des pièges présents dans les composites
P3HT/ZnO. La valeur maximale de la mobilité est trouvée dans le
OFET PZ100. Ce qui confirme donc pourquoi la valeur du courant Id est maximal
dans ce transistor (voir figure III.10).
V. Conclusion
Dans ce chapitre nous avons étudié, dans un
premier lieu, les propriétés structurales et morphologiques des
nanoparticules de ZnO par l'analyse DRX, MEB et MET. La structure cristalline
et les paramètres de maille obtenus sont en bon accord avec la structure
wurtzite de ZnO rapporté dans la littérature [3]
et la taille moyenne des cristallites trouvée par ces méthodes
est de l'ordre de 35 nm. Puis, nous avons fait une étude sur les
propriétés optiques de ces nanoparticules ainsi que les couches
minces des composites P3HT : ZnO (PZ0, PZ50, PZ100 et PZ150). Les mesures
optiques ont montré que l'incorporation des nanoparticules des ZnO n'a
pas modifié la structure des chaînes de P3HT ainsi que la longueur
de ses chaines. Ensuite, on a étudié les caractéristiques
électriques des OFETs à base de ces composites. A partir de ces
caractéristiques on a extrait les principaux paramètres d'un
transistor, les valeurs obtenues sont en bonne accord avec celles
rapportées dans la littérature [24]. Les
meilleures valeurs sont obtenues pour la concentration optimale de ZnO
égale à 100 mg/ml. La mobilité de nos transistors a
augmenté de 10 fois, ce qui est un résultat prometteur pour les
applications technologiques.
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