Optoelectronic properties and photonic-based processing of printed conductive thin-film architectures

Résumé

Le domaine en développement de l’électronique imprimée hybride promet de constituer une alternative appropriée a de nombreuses technologies traditionnelles à base de silicium en réduisant les couts de fabrication et en augmentant la vitesse de production, tout en offrant des performances similaires. Pour concrétiser cette vision, des approches novatrices de fabrication additive et de traitement des dispositifs sont nécessaires, visant à répondre aux exigences industrielles telles que la haute conductivité électrique, la transmittance optique et la longue durée de vie des dispositifs. Cette thèse de doctorat démontre diverses applications du traitement des nanomatériaux sur différents substrats, y compris la sintérisation directe au laser et photonique, pour la production de dispositifs optoélectroniques, avec pour objectif d’obtenir des résultats fiables et reproductibles. Pour ce faire, une revue de la littérature est présentée, ou les principes du traitement photonique sont expliqués, suivis d’un aperçu des techniques de traitement et des applications de dispositifs optoélectroniques à jour. Ensuite, une description du rôle des oxydes métalliques et des nanostructures métalliques en optoélectronique est présentée, mettant l’accent sur le traitement du TiO2 et des nanofils d’argent. À la suite de la revue de la littérature, la cristallisation à grande échelle à la demande de films minces de TiO2 est présentée en utilisant une source laser de 405 nm bon marche et disponible dans le commerce. Cette application du traitement laser direct démontre le processus d’optimisation pour obtenir des films uniques ou hybrides d’anatase ou de rutile TiO2 produits dans des conditions ambiantes, sans nécessiter d’équipement supplémentaire. Ensuite, des électrodes conductrices transparentes fabriquées à partir de nanofils d’argent sont traitées à l’aide d’un équipement de traitement de pointe par frittage photonique. Ce projet compare leurs figures de mérite optoélectroniques avec celles des films fabriques à l’aide de méthodes thermiques traditionnelles. Une nouvelle métrique de la figure de mérite est proposée pour corréler les effets de la densité d’énergie de l’impulsion de traitement et la résistance en feuille finale des films. Enfin, un ensemble multi-matériaux compose de nanofils d’argent et de TiO2 est traite en utilisant deux étapes indépendantes de frittage photonique, réalisées sur un substrat souple sensible à la chaleur. Les résultats montrent comment différents matériaux peuvent être traites à l’aide de la même machine de frittage photonique en exploitant leurs qualités physiques divergentes. Les nanostructures métalliques bénéficient de conditions à densité de puissance de crête élevée et d’impulsions courtes, tandis que les oxydes métalliques photosensibles répondent à des conditions de traitement à densité de puissance de crête faible et d’impulsions longues. Cette approche de traitement multi-matériaux est le fruit de nombreuses années d’expérience dans le domaine de l’électronique imprimée, de l’affinement des connaissances sur diverses voies de fabrication additive et d’une compréhension approfondie du traitement photonique applique à une grande variété de matériaux. Ces résultats seront sans aucun doute précieux pour le développement futur de dispositifs optoélectroniques flexibles et performants, contribuant ainsi à l’avancement des connaissances scientifiques dans le domaine du traitement des matériaux en électronique imprimée. Les résultats de projets de recherche supplémentaires sont également présentés dans le cadre de cette thèse. Tout d’abord, les travaux réalisés avec des nanocristaux de plombsoufre chalcogenides, comprenant la maitrise de la synthèse de points quantiques de PbS pour le contrôle de la taille et la caractérisation de leurs propriétés optiques. Ces derniers ont été utilisés dans des assemblages de points quantiques en utilisant un échange de ligands pour construire des photodétecteurs et une cellule solaire sensibilisée par des points quantiques fabriquée avec du TiO2. Le facteur de remplissage de ce dispositif a été amélioré par l’ajout de nanotubes de carbone a parois multiples facilitant l’extraction de charges. Deuxièmement, un projet industriel visant à comprendre et à optimiser la fabrication d’encres à base de graphène pour la sérigraphie, réalisées avec un graphène de qualité industrielle. Ce projet a nécessité la compréhension des propriétés des materiaux à base de graphène par une analyse approfondie de ses caractéristiques Raman, et comment le matériau réagit à différentes techniques de post-traitement pour créer des encres de sérigraphie.

Date	24 avr. 2024
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Sylvain G. Cloutier (Directeur(-trice))