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RÉSUMÉ
Le problème des diodes électroluminescentes organiques (OLED) et des microbatteries à base d’une technologie lithium réside en leur dégradation rapide en présence des gaz oxydants de l’atmosphère, eau et oxygène. Des technologies d’encapsulation avancées sont donc développées afin de proposer des niveaux barrière aux gaz très élevés et permettre la réalisation de dispositifs de nouvelle génération : plus fiables, flexibles ou conformables et moins chers. La technologie ALD (Atomic Layer Deposition) est très bien adaptée à la réalisation de couches barrières pour ces circuits.
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Tony MAINDRON : Chercheur CEA-LETI - MINATEC Campus-Univ. Grenoble Alpes, 17 rue des Martyrs, Grenoble, France.
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Messaoud BEDJAOUI : Chercheur CEA-LETI - MINATEC Campus-Univ. Grenoble Alpes, 17 rue des Martyrs, Grenoble, France.
INTRODUCTION
Les applications des circuits en couches minces sont nombreuses aujourd’hui et touchent toutes les disciplines de la microélectronique : les OLED (Organic Light Emitting Diode) pour l’affichage et l’éclairage, les OPV (Organic PhotoVoltaics) pour la récupération d’énergie solaire, ou les OPD (Organic PhotoDiode) pour la photodétection, les OTFT (Organic Thin Film Transistor) pour l’électronique ou encore les microbatteries pour le stockage d’énergie. Quel que soit le dispositif visé, basé sur l’intégration de semi-conducteurs organiques ou inorganiques, un des problèmes majeurs réside dans la grande sensibilité des composants à l’atmosphère respirable, notamment à l’oxygène et la vapeur d’eau.
L’encapsulation de produits commerciaux est réalisée grâce à l’emploi de capots en verre scellés hermétiquement sous gaz inerte autour des dispositifs par le biais d’un frittage laser du verre. Toutefois, cette solution revêt de nombreux défauts tels que le coût, la logique du procédé, ou la perte de flexibilité. Les technologies employant des couches minces barrières aux gaz ont donc été développées afin de remplacer les capots rigides. La technologie ALD fait partie des technologies permettant d’accéder à des niveaux barrières très élevés, caractérisés par des WVTR (Water Vapour Transmission Rates) très faibles. Le présent article décrit l’application de la technologie ALD pour l’encapsulation de dispositifs OLED puis des microbatteries. Les spécificités liées à chacun des dispositifs électroniques seront ainsi abordées.
Un tableau de sigles est présenté en fin d’article.
Domaine : Technologies d’affichage et génération d’électricité
Degré de diffusion de la technologie : Croissance
Technologies impliquées : OLED, Microbatteries, Couches minces, ALD
Domaines d’application : Affichage (display), Éclairage, Énergie
Principaux acteurs français :
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Pôles de compétitivité : Minalogic
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Centres de compétence : CEA-LETI
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Industriels : MicroOLED, Astron-Fiamm Safety, ST MicroElectronics
Autres acteurs dans le monde :
Samsung, LG, Merck, Panasonic, Novaled, Sumitomo, Universal Display Corporation, Osram, Konica Minolta, Sony
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4. Technologie MLD
Le mode de croissance de type ALD peut être utilisé pour la croissance des polymères organiques. Cette croissance du film est nommée MLD, pour Molecular Layer Deposition. Selon le même principe que pour l’ALD, un fragment moléculaire est déposé au cours de chaque cycle de MLD .
Récemment, de nombreuses recherches ont montré les dépôts de films par MLD pour fabriquer des films minces hybrides organiques (MLD)/inorganiques (ALD), présentant d’excellentes stabilité et flexibilité mécaniques par rapport aux films barrières purs déposés par ALD. À la manière des multicouches BarixTM ou dérivés basés sur l’ALD, la réalisation de ces multicouches hybrides dans la même enceinte de dépôt permet de minimiser l’impact de défauts ajoutés lors des transferts entre machines de dépôt. Les films hybrides organiques/inorganiques produits par MLD/ALD à partir de précurseurs organométalliques oxydés par des alcools ou des phénols sont appelés metalcone . Par exemple, dans le cas de TMA/alcool, le terme consacré est alucone. Un exemple de schéma de réaction est donné figure ...
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BIBLIOGRAPHIE
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