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En direct des laboratoires de l'institut de Chimie

 

Une approche chimique pour modifier l’interaction électronique du graphène avec les polymères semi-conducteurs dans un dispositif multifonctionnel hybride

Des chercheurs du Laboratoire de nanochimie de l’Institut de science et d’ingénierie supramoléculaires (CNRS / Université de Strasbourg), en collaboration avec le Conseil national de la recherche de Bologne (Italie), ont réalisé un nouveau dispositif électronique multifonctionnel où l’interaction électronique graphène-polymère est modulée par voie chimique. Ces travaux sont parus dans la revue ACS Nano.

 

Les chercheurs strasbourgeois ont développé une nouvelle approche permettant de fabriquer un dispositif de type transistor à couche mince hybride dont les interactions électroniques graphène-polymère peuvent être modulées en ajustant l’énergie d’ionisation du graphène grâce à un traitement thermique après dépôt sur le substrat (SiO2) de dispersions de graphène exfolié en phase liquide. La modification de ces interactions induit des variations sur les performances électriques du transistor à effet de champ. Cette approche a pu être généralisée aux polymères semi-conducteurs de type p et n.
En exploitant les différentes interactions électroniques entre le graphène et le polymère, il a été possible de concevoir un dispositif multifonctionnel fonctionnant simultanément comme un transistor et comme une mémoire. Ce dispositif basé sur un matériau actif hybride a pu être mis au point grâce à la combinaison subtile et au contrôle des propriétés particulières de chacun des composants. Ce dispositif a été fabriqué en tirant profit de la forte physisorption du graphène sur SiO2 après traitement thermique à 415 °C et de son insolubilité dans les solvants organiques.

Il est intéressant de noter que les performances électroniques du dispositif ont été ajustées en faisant varier la quantité de nano-feuillets de graphène déposés sur la surface du diélectrique. Cela a permis non seulement d’améliorer la mobilité au sein du matériau mais aussi de conférer des propriétés uniques au dispositif, en modifiant par exemple le mécanisme de transport de charge.

De plus, la cristallinité du polymère semi-conducteur utilisé comme couche active n’est pas perturbée par la présence de graphène, ce qui est d’une importance primordiale d’un point de vue technologique. La nature électrostatique des interactions ainsi que les propriétés exceptionnelles du graphène ont été exploitées pour réaliser un dispositif de type mémoire (flash) ne nécessitant pas de couche de diélectrique intermédiaire pour séparer le polymère actif de la grille flottante.

De nombreuses applications utilisant cette nouvelle stratégie sont attendues. Alors que la méthode de dépôt est appropriée à la production à grande échelle de dispositifs hybrides graphène-polymère, la capacité de mémoire résultant de l’ajustement contrôlé de l’énergie d’ionisation du graphène ouvre la voie à de nouvelles perspectives intéressantes pour la science des matériaux, la physique de la matière molle et la chimie du graphène.

 

samori

Représentation schématique du dispositif hybride comprenant les nano-feuillets de graphène déposés sur la surface du diélectrique (SiO2), la couche mince de polymère semi-conducteur et les électrodes d’or source et drain.

@ Paolo Samori

 

Référence

Thomas Mosciatti, Sébastien Haar, Fabiola Liscio, Artur Ciesielski, Emanuele Orgiu et Paolo Samorì

A Multifunctional Polymer-Graphene Thin-Film Transistor with Tunable Transport Regimes

ACS Nano 17 février 2015, 9, 2357–2367
DOI: 10.1021/acsnano.5b00050


Contacts chercheurs

Paolo Samorì, Institut de science et d’ingénierie supramoléculaires  – Strasbourg

Tél. : 03 68 85 51 60

Courriel : samori@unistra.fr

http://www.nanochemistry.fr/

 

Emanuele Orgiu, Institut de science et d’ingénierie supramoléculaires  – Strasbourg

Tél. : 03 68 85 51 80

Courriel : orgiu@unistra.fr
http://www.upgrade-network.eu/

 

Contacts institut

Christophe Cartier dit Moulin, Jonathan Rangapanaiken

 

16 avril 2015

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