Semi-conducteur organique

Un semi-conducteur organique est un composé organique, sous la forme d'un cristal ou d'un polymère, qui montre des propriétés identiques aux semi-conducteurs inorganiques.



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  • Un semi-conducteur organique est dit de type n si on peut y injecter des électrons plus aisément que des trous. • Il est de type p dans le cas opposé... (source : enseignement.polytechnique)

Un semi-conducteur organique est un composé organique, sous la forme d'un cristal ou d'un polymère, qui montre des propriétés identiques aux semi-conducteurs inorganiques. Ces propriétés sont la conduction par les électrons et les trous, mais aussi la présence d'une bande interdite. Ces matériaux ont donné naissance à l'électronique organique, ou électronique des plastiques. Par organique, on entend que les molécules utilisées sont à base de carbone, comme les molécules à la base de la vie. On dit organique par opposition aux semi-conducteurs inorganiques, tel le silicium.

Origines de la conductivité

La conductivité dans un semi-conducteur organique est assuré par les porteurs de charge, dont on en connaît bien deux sortes : les électrons (électrons π*) et les trous (électrons π non pairés). Le plus souvent, les solides organiques sont isolants. Cependant, dans les cristaux organiques constitués par des molécules contenant des liens conjugués π, ou encore les polymères contenant des liens conjugués π, les électrons peuvent circuler librement dans les recouvrements de nuages d'électrons π, ce qui permet la conduction d'électricité. Les hydrocarbures aromatiques polycycliques sont des exemples de ce type de semi-conducteur. Malgré tout, les polymères conducteurs ont une grande résistance, comparativement aux conducteurs inorganiques. On peut doper les matériaux organiques avec des métaux pour augmenter leur conductivité.

Ressemblances avec les semi-conducteurs inorganiques

Les semi-conducteurs organiques possèdent des caractéristiques identiques aux semi-conducteurs inorganiques. Le tableau suivant présente leurs correspondances de façon succincte :

Semi-conducteur inorganique Semi-conducteur organique
Bande de valence HOMO
Bande de conduction LUMO
Bande interdite Bande interdite

De plus, comme les semi-conducteurs inorganiques, les semi-conducteurs organiques peuvent être dopés, c'est-à-dire qu'on peut y produire des électrons en excès (dopage N) ou des trous (dopage P). Dans les semi-conducteurs inorganiques, cela est fait généralement par implantation ionique, c'est-à-dire en ajoutant des ions dans le semi-conducteur. Ces ions ont des électrons de valence en supplémentaires ou manquants, selon le cas, ce qui permet d'ajouter les porteurs de charge désirés. Cependant, cette technique est trop énergétique pour doper des films de semi-conducteurs organiques, ces derniers étant trop fragiles pour ce genre d'intervention. La technique préconisée est par conséquent d'exposer le film de semi-conducteur organique à une vapeur d'un oxydant ou d'un réducteur, ce qui aura comme effet d'arracher ou d'ajouter des électrons au film. Les semi-conducteurs particulièrement dopés comme la polyaniline (Ormecon) et le PEDOT :PSS sont aussi nommés métaux organiques.

Avantages et désavantages

Les semi-conducteurs organiques offrent plusieurs avantages :

Cette technologie présente aussi certaines limitations :

Applications

Les semi-conducteurs organiques sont utilisés dans le domaine de l'optoélectronique pour le développement de :

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