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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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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
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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
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3. Technologie ALD pour l’encapsulation des microbatteries
3.1 Technologie des microbatteries au lithium
Une microbatterie est définie comme un générateur électrochimique tout solide rechargeable. Son principe de fonctionnement repose sur l’insertion et la désinsertion (ou intercalation-désintercalation) d’un ion de métal alcalin ou d’un proton dans l’électrode positive. Les principaux systèmes utilisent comme espèce ionique Li+ issu d’une électrode en lithium métallique. Tous les composants de la microbatterie (collecteurs de courant, électrodes positive et négative, électrolyte, encapsulation) se présentent sous forme de couches minces obtenues par dépôt PVD (pour Physical Vapor Deposition) ou CVD (Chemical Vapor Deposition) sur différents substrats (rigides ou flexibles). L’épaisseur totale de l’empilement est de l’ordre de quelques dizaines de micromètres (typiquement de 10 à 25 µm). L’électrode négative est constituée du lithium métallique ou d’un alliage métallique lithié. La présence de lithium dans le dispositif impose l’utilisation d’un système d’encapsulation robuste afin d’éviter la destruction prématurée du composant. D’un point de vue applicatif, les microbatteries peuvent être employées comme solutions d’énergie de secours pour plusieurs composants électroniques tels les horloges à temps réel RTC (Real Time Clock), ou comme solutions d’alimentation pour les étiquettes RFID (Radio Frequency Identification) ou pour les capteurs sans fils.
HAUT DE PAGE3.2 Encapsualtion des microbatteries au lithium
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Les microbatteries à base de matériaux lithiés sont extrêmement sensibles aux éléments atmosphériques tels que l’oxygène, l’azote et la vapeur d’eau....
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BIBLIOGRAPHIE
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