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Article

1 - TECHNOLOGIE ALD POUR L’ENCAPSULATION

2 - TECHNOLOGIE ALD POUR L’ENCAPSULATION DES OLED

3 - TECHNOLOGIE ALD POUR L’ENCAPSULATION DES MICROBATTERIES

4 - TECHNOLOGIE MLD

5 - CONCLUSION

6 - GLOSSAIRE

7 - SIGLES, NOTATIONS ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : RE261 v1

Technologie MLD
Encapsulation des diodes organiques électroluminescentes et microbatteries par ALD

Auteur(s) : Tony MAINDRON, Messaoud BEDJAOUI

Date de publication : 10 oct. 2016

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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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ABSTRACT

Thin film barriers by ALD for OLED and microbatteries

One of the major problems with organic light-emitting diodes (OLEDs) and microbatteries lies in their rapid degradation when in contact with oxidising gases in the atmosphere, water and oxygen. Efficient encapsulation processes are therefore needed to achieve sufficient reliability and lifetime. To overcome these problems, new encapsulation processes have been developed to achieve reliable, low-cost, flexible, conformable and less brittle products. The atomic layer deposition (ALD) technology is one of the most promising ways to achieve high quality barrier layers to protect these devices.

Auteur(s)

  • Tony MAINDRON : Chercheur CEA-LETI - MINATEC Campus-Univ. Grenoble Alpes, 17 rue des Martyrs, Grenoble, France.

  • 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.

Points clés

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 :

  • Pôles de compétitivité : Minalogic

  • Centres de compétence : CEA-LETI

  • 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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KEYWORDS

lithium microbatteries   |   ultra-high barrier   |   atomic layer deposition

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-re261


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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

  • (1) - TROPSHA (Y.G.), HARVEY (N.G.) -   Activated Rate Theory Treatment of Oxygen and Water Transport through Silicon Oxide/Poly(ethylene terephthalate) Composite Barrier Structures.  -  The Journal of Physical Chemistry B, 101, p. 2259-2266 (1997).

  • (2) - AFFINITO (J.D.), GROSS (M.E.) et al -   À new method for fabricating transparent barrier layers.  -  Thin Solid Films, 290-291, p. 63-67 (1996).

  • (3) - MANDLIK (P.), GARTSIDE (J.) et al -   À single-layer permeation barrier for organic light-emitting displays.  -  Applied Physics Letters, 92, p. 103309 (2008).

  • (4) - HONG (S.), YOO (J.) et al -   Technologies for Flexible AMOLEDs.  -  Information Display, 31, p. 6-11 (2015).

  • (5) - TANG (C.W.), VANSLYKE (S.A.) -   Organic electroluminescent diodes.  -  Applied Physics Letters, 51, p. 913 (1987).

  • (6)...

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