Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Le problème des diodes électroluminescentes organiques (OLED) et des microbatteries à base d’une technologie lithium réside en leur dégradation rapide en présence des gaz oxydants de l’atmosphère, eau et oxygène. Des technologies d’encapsulation avancées sont donc développées afin de proposer des niveaux barrière aux gaz très élevés et permettre la réalisation de dispositifs de nouvelle génération : plus fiables, flexibles ou conformables et moins chers. La technologie ALD (Atomic Layer Deposition) est très bien adaptée à la réalisation de couches barrières pour ces circuits.
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One of the major problems with organic light-emitting diodes (OLEDs) and microbatteries lies in their rapid degradation when in contact with oxidising gases in the atmosphere, water and oxygen. Efficient encapsulation processes are therefore needed to achieve sufficient reliability and lifetime. To overcome these problems, new encapsulation processes have been developed to achieve reliable, low-cost, flexible, conformable and less brittle products. The atomic layer deposition (ALD) technology is one of the most promising ways to achieve high quality barrier layers to protect these devices.
Auteur(s)
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Tony MAINDRON : Chercheur CEA-LETI - MINATEC Campus-Univ. Grenoble Alpes, 17 rue des Martyrs, Grenoble, France.
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Messaoud BEDJAOUI : Chercheur CEA-LETI - MINATEC Campus-Univ. Grenoble Alpes, 17 rue des Martyrs, Grenoble, France.
INTRODUCTION
Les applications des circuits en couches minces sont nombreuses aujourd’hui et touchent toutes les disciplines de la microélectronique : les OLED (Organic Light Emitting Diode) pour l’affichage et l’éclairage, les OPV (Organic PhotoVoltaics) pour la récupération d’énergie solaire, ou les OPD (Organic PhotoDiode) pour la photodétection, les OTFT (Organic Thin Film Transistor) pour l’électronique ou encore les microbatteries pour le stockage d’énergie. Quel que soit le dispositif visé, basé sur l’intégration de semi-conducteurs organiques ou inorganiques, un des problèmes majeurs réside dans la grande sensibilité des composants à l’atmosphère respirable, notamment à l’oxygène et la vapeur d’eau.
L’encapsulation de produits commerciaux est réalisée grâce à l’emploi de capots en verre scellés hermétiquement sous gaz inerte autour des dispositifs par le biais d’un frittage laser du verre. Toutefois, cette solution revêt de nombreux défauts tels que le coût, la logique du procédé, ou la perte de flexibilité. Les technologies employant des couches minces barrières aux gaz ont donc été développées afin de remplacer les capots rigides. La technologie ALD fait partie des technologies permettant d’accéder à des niveaux barrières très élevés, caractérisés par des WVTR (Water Vapour Transmission Rates) très faibles. Le présent article décrit l’application de la technologie ALD pour l’encapsulation de dispositifs OLED puis des microbatteries. Les spécificités liées à chacun des dispositifs électroniques seront ainsi abordées.
Un tableau de sigles est présenté en fin d’article.
Domaine : Technologies d’affichage et génération d’électricité
Degré de diffusion de la technologie : Croissance
Technologies impliquées : OLED, Microbatteries, Couches minces, ALD
Domaines d’application : Affichage (display), Éclairage, Énergie
Principaux acteurs français :
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Pôles de compétitivité : Minalogic
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Centres de compétence : CEA-LETI
-
Industriels : MicroOLED, Astron-Fiamm Safety, ST MicroElectronics
Autres acteurs dans le monde :
Samsung, LG, Merck, Panasonic, Novaled, Sumitomo, Universal Display Corporation, Osram, Konica Minolta, Sony
L'expertise technique et scientifique de référence
KEYWORDS
lithium microbatteries | ultra-high barrier | atomic layer deposition
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Présentation
Glossaire
En anglais
5. Conclusion
L’encapsulation de dispositifs électroniques sensibles à l’air basés sur l’utilisation de semi-conducteurs organiques ou inorganiques est une technologie en plein essor aujourd’hui. Cependant, peu de technologies performantes existent pour le moment, excepté la solution BarixTM mise en œuvre initialement aux États-Unis et rachetée par Samsung il y a peu. D’autres solutions ont été proposées depuis, mais il semblerait que la technologie ALD soit la solution de prédilection, notamment parce qu’elle permet de déposer relativement facilement des films barrières sans défaut de type pinholes. Toutefois, les épaisseurs de films utilisés sont faibles et ne permettent pas de s’affranchir de défauts extrinsèques (particules), présents sur la surface des dispositifs à protéger. Au final, le développement d’une encapsulation robuste passe a minima par l’emploi d’une technologie comme l’ALD, mais elle doit être couplée à une maîtrise de l’environnement extérieur, afin de réaliser des couches barrières sur des supports de circuits sains et sans défaut.
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Conclusion
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - TROPSHA (Y.G.), HARVEY (N.G.) - Activated Rate Theory Treatment of Oxygen and Water Transport through Silicon Oxide/Poly(ethylene terephthalate) Composite Barrier Structures. - The Journal of Physical Chemistry B, 101, p. 2259-2266 (1997).
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(5) - TANG (C.W.), VANSLYKE (S.A.) - Organic electroluminescent diodes. - Applied Physics Letters, 51, p. 913 (1987).
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