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    Calcul de la meilleure stratégie de fabrication de composants électroniques organiques

    À l'aide de simulations informatiques, Les scientifiques du MPI-P peuvent prédire la structure des cristaux dans les couches semi-conductrices organiques. Crédit :Société Max Planck

    Semi-conducteurs en matériaux organiques, par exemple. pour les diodes électroluminescentes (OLED) et les cellules solaires, pourrait remplacer ou compléter l'électronique à base de silicium à l'avenir. L'efficacité de tels dispositifs dépend de manière cruciale de la qualité des couches minces de ces semi-conducteurs organiques. Ces couches sont créées en enduisant ou en imprimant des "encres" qui contiennent le matériau. Des chercheurs du Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) ont développé un modèle informatique qui prédit la qualité de ces couches en fonction des conditions de traitement, tels que le temps de séchage de l'encre ou le revêtement rapide. Ce modèle vise à accélérer les approches chronophages d'optimisation des processus et des produits.

    Les semi-conducteurs organiques sont utilisés aujourd'hui pour divers composants électroniques, comme les diodes électroluminescentes, cellules solaires et transistors. Là où certaines de ces applications sont déjà largement utilisées (OLED notamment), d'autres nécessitent encore des améliorations substantielles avant de pouvoir être introduits sur le marché. De tels composants reposent sur le transport d'électrons à travers le semi-conducteur organique. Dans le cas des OLED, par exemple, les électrons sont alimentés en énergie par une tension électrique, qu'ils peuvent ensuite émettre à nouveau sous forme de lumière. Cependant, si la qualité de la couche organique est mauvaise, une grande partie de l'énergie est renvoyée au matériau sans émettre de lumière.

    Une manière intéressante de fabriquer les couches semi-conductrices, se fait via l'impression ou le revêtement d'une encre contenant le semi-conducteur organique dans un solvant. Lors de l'évaporation du solvant, le semi-conducteur forme des cristaux. La taille et la forme de ces cristaux déterminent l'apparence et la qualité de la couche fonctionnelle. "La taille et la forme optimales des cristaux dépendent fortement de l'application, " dit le Dr Jasper J. Michels, auteur principal de l'étude et chef de groupe dans le département du Prof. Paul Blom au MPI-P. Un gros problème est que jusqu'à présent, il n'a pas été possible de prédire comment la cristallisation dépend des propriétés de l'encre et du processus de revêtement. D'où, trouver la stratégie de fabrication donnant les meilleures performances possibles du produit prend généralement du temps, inutile et coûteux. "Ne pas être en mesure de prédire l'adéquation des couches enduites empêche de traduire la fabrication à l'échelle du laboratoire en production industrielle et entrave la large diffusion de nouvelles applications pour l'électronique organique, ", explique Michel.

    Une équipe de scientifiques dirigée par Michels a maintenant développé un modèle informatique capable de faire de telles prédictions. Les calculs imitent le revêtement et la cristallisation réels, comme cela se passe en temps réel. En augmentant la vitesse de revêtement dans leurs simulations informatiques, les auteurs ont démontré comment la forme des cristaux présente une transition à partir de rubans, via des ellipsoïdes allongés à de petits polygones. Les simulations ont révélé que le fait que ces transitions de forme soient soudaines ou progressives dépend fortement de la vitesse à laquelle le solvant s'évapore. « Si l'on sait maintenant quel rôle jouent les interfaces cristal-cristal lors de l'opération, notre nouveau modèle peut pré-calculer les paramètres de matériaux et de processus pour atteindre un compromis optimal entre, par exemple, vitesse de production et qualité du film, " explique Michels. " Nous espérons donc que notre travail est une étape importante vers la mise à disposition à terme de nouveaux produits à base de semi-conducteurs organiques. " L'étude a été publiée dans la célèbre revue Matériaux naturels .


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