Reliability and Parylene encapsulation of organic devices

I semiconduttori organici sono alla base di un relativamente nuovo campo di ricerca, chiamato Elettronica Organica. Lo studio delle proprieta elettriche, foto-conduttive e optoelettroniche dei materiali organici, il trasporto di carica e di eccitoni, e lo studio della crescita di lm sottili, ha permesso lo sviluppo di transistors, LED e celle solari basati su semiconduttori organici. Design più complessi, quali circuiti elettronici e pannelli fotovoltaici essibili, RFID (Radio Frequency IDentication) tag sono al momento in via di sviluppo, mentre i display OLED sono considerati una delle tecnologie più promettenti per quanto riguarda i display e l'illuminazione, ed è prevista come imminente la loro diffusione nel mercato elettronico mondiale. In questo contesto la stabilità nel tempo del semiconduttore, l'utilizzo di un incapsulamento adeguato e un sufficiente tempo di vita del dispositivo incapsulato, diventano essenziali al fine di ottenere il successo di questa tecnologia. Inoltre lo studio dei fenomeni fisici alla base del degrado delle performance dei dispositivi basati su semiconcuttore organico, rappresenta per la comunita scientica sia una sda, sia un'affascinante ricerca. Nel corso degli ultimi tre anni mi sono occupato principalmente dello studio di due tipi di dispositivi organici: LED a semiconduttore organico (OLED) e transistor a semiconduttore organico (OTFT). In particolare ho lavorato in due diversi ambiti: la prima parte del mio lavoro riguarda lo studio dell'adattabilità e delle proprietà termiche di OLED, basati sull'electron transport layer (ETL) Alq3 e sull'hole transport layer (HTL) NPD. Questi studi sono stati realizzati monitorando la variazione delle caratteristiche elettriche, ottiche e termiche dei dispositivi durante test di stress accelerato. All'interno di questo lavoro abbiamo testato OLED con differente struttura interna (tipo e spessori sia degli strati organici che dei contatti), con differente dimensione e forma dell'area attiva. Entrambe temperatura e corrente sono state singolarmente utilizzate come fattori acceleranti. La realizzazione di stress di adattabilità utilizzando differenti valori di corrente di stress, ha permesso di estrapolare leggi di degrado, e conseguentemente di calcolare il tempo di vita dei dispositivi. I nostri studi su OLED fosforescenti sottoposti a stress elettrico, con differenti valori di corrente di stress, hanno mostrato un aumento della tensione operativa dei dispositivi univocamente correlato con il numero di portatori iniettato nei dispositivi durante lo stress. Sono stati investigati meccanismi di degrado ell'elettroluminescenza di OLED basati su oligomeri. In particolare ci siamo concentrati sui fenomeni di degrado intrinseco che provocano una diminuzione della potenza ottica durante il funzionamento standard. I risultati di questa analisi forniscono informazioni sui processi fisici responsabili del degrado degli OLED, e indicano una signicativa correlazione tra la diminuzione dell'intensità luminosa dei dispositivi e la presenza di difetti e carica positiva intrappolata all'interfaccia tra Alq3 e NPD. Inoltre abbiamo investigato la disuniforme diminuzione di potenza ottica lungo l'area attiva di OLED sottoposti a test di stress elettrico. Questo fenomeno è stato correlato all'auto-riscaldamento e al profilo superficiale di temperatura dei dispositivi. Si è ipotizzata la presenza di un effetto di current crowding al fine di spiegare la presenza delle due disuniformi distribuzioni, ottica e termica. Uno studio approfondito è stato realizzato sulle proprietà termiche dello strato di anodo degli OLED, confrontando dispositivi realizzati con diversi ossidi trasparenti conduttivi (TCO). In particolare si sono investigate le prestazioni e l'adattabilita di OLED con ossido di Stagno-Indio (ITO) e ossido di Zinco-Indio (IZO) come contatto di anodo. I dispositivi sono stati confrontati in termini di efficienza, resistenza termica e adattabilità. I risultati di questo studio hanno dimostrato che gli OLED realizzati con anodi di IZO hanno performance confrontabili con dispositivi con anodi di ITO, e mostrano una migliore dissipazione termica e maggiore tempo di vita. La seconda parte del mio lavoro è legata allo sviluppo tecnologico di OTFT di tipo bottom e top contact, e allo studio della loro adabilità. Collaborando con il centro europeo di ricerca di microelettronica IMEC, abbiamo prodotto innovativi top contact OTFT realizzati con fotolitograa. Utilizzando un processo di wet etching, abbiamo realizzato dispositivi di tipo top contact con lunghezza di canale di 10m, ottenendo mobilità maggiori di 0.5cm2/Vs. Inoltre abbiamo sviluppato un innovativo processo che permette il patterning fotolitograco di contatti d'Argento sopra il semiconduttore organico, utilizzando dry etching mediante plasma. Tale processo di patterning è stato dimostrato sia su substrato di silicio che di pellicola. Infine abbiamo investigato l'adattabilità di transistor organici basati sul Pentacene, e l'incapsulamento di questi dispositivi con il polimero Parylene C.