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Download Les polymères semi-conducteurs, Propriétés .Les polymères semi-conducteurs, Propriétés électroniques et applications Jacopo ZANETTI, élève ingénieur 2e année – MINES ParisTech

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  • Les polymres semi-conducteurs, Proprits lectroniques et applications

    Jacopo ZANETTI, lve ingnieur 2e anne MINES ParisTech Matthias SAIMPERT, lve ingnieur 2e anne - MINES ParisTech

    Cours de Physique de la matire condense

  • Annes 70 Polymres fluors

    PVF Caractristiques mcaniques Stockage charges lectriques Bonne Isolation

    Application: Membranes acoustiques Pizolectriques

    C-F polaire caractre ferrolectrique

    2

  • Shirakawa 1977 - Polyacetilene

    Natta 1958 PA forme chimiquement pure

    = 102-103 S/cmPolyacetilene Trans

    3

  • Plan de la prsentation

    I. Les diffrents mcanismes de conduction dans les polymres semi-conducteurs

    II. Les technologies de dopages des polymres et leurs applications

    4

  • I. Les diffrents mcanismes de conduction dans les polymres semi-conducteurs

    a) Dlocalisation et aromaticit

    b) L'expression de l'hamiltonien dans le modle SSH et ses consquences sur la structure de bande

    c) Solitons, Polarons et Bipolarons

    d) La conductivit entre les chanes de polymres

    5

    Plan de la prsentation

  • I.a) Les dlocalisations lectroniques

    Systmes avec dlocalisation Stabilisation de la molcule

    Aromaticit selon Huckel = 4n + 2 e- Stabilit par rsonance Courant d'anneau diamagntique

    6

  • I.b) Le modle SSH (Su, Schrieffer & Heeger)

    Conduction intra-chaine Modle des liaisons fortes

    Terme d'nergie cintique des lectrons p

    Terme d'nergie cintique du rseau

    Terme d'nergie de liaison des lectrons s

    7

  • 8

    I.b) Le modle SSH (Su, Schrieffer & Heeger)

    Rupture spontane de la symtrie

    Two-fold degenerate ground state

    Double minima importance soliton

    Instabilit 1D

    Dimrisation

    Peierls gap

  • Conduction dans le polyethine Soliton Spare zone E leve zone E faible

    9

    I.c) Les solitons, les polarons et les bipolarons

    Radicaux aprs synthse

    Nombre Soliton augmente avec dopage

  • Dfauts doubles pour stabiliser ground state non dgnr

    10

    S et AS recombinaison,

    mais pas C=C, toujours 1e-

    Dfauts pousss par rseau pour minimiser forme Quinoide

    I.c) Les solitons, les polarons et les bipolarons

  • Bipolaron extension finie

    I.c) Les solitons, les polarons et les bipolarons

    11

  • Table des dfauts des polymres

    12

  • Bandes

    Autres mcanismes Hopping

    13

    I.c) La conductivit entre les chanes de polymres

  • II. Les technologies de dopages des polymres et leurs applications

    a) Le dopage chimique

    b) Le dopage lectrochimique

    c) Le dopage photochimique

    d) Le dopage interstitiel

    Plan de la prsentation

    14

  • II. Les technologies de dopages des polymres

    15

  • II.a) Le dopage chimique (dopage P)

    16

    Transfert de charge par raction d'oxydation avec des composs d'Iode ou de Brome.

    Oxydation => Apparition de niveau/bande d'nergie au niveau de la bande

    interdite: solitons, polarons, bipolarons

    Ractions rversible (ddopage) / Prsence d'un contre-ion

    Aide la solubilit grce l'apparition de charges partielles

    Taux de dopage compris entre 10 et 30% (>> semi-conducteurs inorganiques)

    Dopage N trs dlicat Oxydation par l'air ambiant

  • II.a) Le dopage chimique (dopage P)

    17

  • II.a) Le dopage chimique (dopage P)

    Applications:

    lectrodes souples et transparents Semi-conducteurs solubles Fibre plastiques conductrices

    18

  • II.b) Le dopage lectrochimique

    Utilisation d'lectrodes recouvert de polymres baigns dans une solution lectrolytique

    Possibilit d'un dopage N ou P

    Le plus tudi actuellement19

  • II.b) Le dopage lectrochimique

    Applications:

    Batteries lectrochimiques Smart windows

    20

  • II.c) Le dopage photochimique

    21

    Rendement des cellules photovoltaques ralises avec des polymres conjugus trs faible (de l'ordre de 0,1%)

    Mcanismes de transfert de charges possible en 5 tapes, amliorant considrablement le rendement:

    D, polymre conjugu 1,3 signifie tat singulet et triplet respectivement

    A, accepteur d'lectrons (C60)

  • II.c) Le dopage photochimique

    22

    Applications:

    Cellules photovoltaques organiques

    Moins cher

    Procd plus simple que les cellules en Si

    Biodgradable

    Flexible

  • II.c) Le dopage interstitiel

    23

    Gnration de porteurs de charge par injection l'interface mtal/polymre

    Pas de contre-ions forms

  • II.c) Le dopage interstitiel

    Applications:

    Transistors organiques Source de lumire Tlviseurs ou cran d'ordinateur

    24

  • Conclusion

    25

    Isolants conducteurs Modle SSH distorsion de Peierls Soliton Diffrentes systmes de conductions

    Systmes dgnrs et non dgnrsSolitons, Polarons, Bipolarons

    4 diffrentes technologies de dopages Domaine d'applications varis, fonction du

    dopage

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