PHYSICS-BASED COMPACT MODELING OF ORGANIC ELECTRONIC DEVICES
APPROCHE PHYSIQUE DE LA MODÉLISATION COMPACTE POUR LES COMPOSANTS ÉLECTRONIQUES ORGANIQUES
Résumé
Despite impressive progresses in organic electronic devices, a full theoretical understanding of the device operation is still lacking. The thesis is dedicated to establishing applicable theoretical descriptions of organic electronic devices, and in particular physics-based compact models. Prototypical organic diodes and transistors with various architectures are investigated, with a consistent effort to view and present the effect of charge carrier transport and injection on the observable device phenomena. A particular effort is given to integrate these models in circuit simulators, thus connecting the device-level and system-level outlooks. The approaches used comprise equivalent circuit modeling by impedance spectroscopy, analytical development of physics equations, numerical finite-element-based 2-D simulations, and experimental validations. The results provide significant understanding on the effect of traps and injection barriers on the current-voltage characteristics. Original, fully analytical compact models for rectification diodes and organic field-effect transistors are proposed with reliable numerical and experimental proofs.
En dépit de progrès impressionnants dans les performances des dispositifs électroniques organiques, il n'existe toujours pas de modèle théorique complet pour décrire leur mode opératoire. Cette thèse se propose d'établir une description théorique opérationnelle pour ces dispositifs, avec en ligne de mire leur modélisation physique et compacte. Des exemples typiques de structure de diodes et de transistors organiques avec différentes architectures ont été étudiés, avec une attention constante pour présenter les effets du transport et de l'injection des porteurs de charge sur les caractéristiques observables des dispositifs. Une attention particulière est donnée à l'intégration de ces modèles dans des outils de simulation de circuit, mettant ainsi en relation le dispositif isolé et son intégration dans un circuit. Les différentes approches comprennent la modélisation de circuit par spectroscopie d'impédance, le développement analytique d'équations physiques, la simulation numérique bi-dimensionnelle par éléments finis et leur validation expérimentale. Les résultats apportent une compréhension significative des effets des pièges et de la barrière d'injection sur les caractéristiques courant-tension. Nous proposons des modèles compacts entièrement analytiques pour les diodes redresseuses et les transistors à effet de champ dont la fiabilité numérique et expérimentale est prouvée.
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