conductrices francis quenneville

UNIVERSITÉ DE MONTRÉAL
UTILISATION DES GELS IONIQUES POUR L’ÉTUDE DE NANOSTRUCTURES SEMI-
CONDUCTRICES
FRANCIS QUENNEVILLE
DÉPARTEMENT DE GÉNIE PHYSIQUE
ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL
MÉMOIRE PRÉSENTÉ EN VUE DE L’OBTENTION
DU DIPLÔME DE MAÎTRISE ÈS SCIENCES APPLIQUÉES
(GÉNIE PHYSIQUE)
AOÛT 2016
© Francis Quenneville, 2016.

UNIVERSITÉ DE MONTRÉAL
ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL
Ce mémoire intitulé:
UTILISATION DES GELS IONIQUES POUR L’ÉTUDE DE NANOSTRUCTURES SEMI-
CONDUCTRICES
présenté par : QUENNEVILLE Francis
en vue de l’obtention du diplôme de : Maîtrise ès sciences appliquées
a été dûment accepté par le jury d’examen constitué de :
M. PETER Yves-Alain, D. Sc., président
Mme SANTATO Clara, Doctorat, membre et directrice de recherche
M. MARTINU Ludvik, Ph. D, membre

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DÉDICACE
À mes parents, Stéphanie et Gabriel

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REMERCIEMENTS
J’aimerais remercier ma directrice de recherche Clara Santato et le professeur Fabio Cicoira pour
m’avoir encadré tout au long du projet. J’aimerais aussi remercier les docteurs Perepichka et
Varshney de l’entreprise Polymer Source Inc.
Les échanges culturels et professionnels au sein du groupe de recherche m’ont permis de grandir
en tant qu’individu. Un grand merci à mes collègues Jonathan Sayago, Xiang Meng, Shiming
Zhang, Éduardo Di Mauro, Prajwal Kumar, Frédéric Venne, Zihui Yi, Olga Berezhetska, Irina
Valitova, Gaia Tomasello, Guido Soliveri, Fanny Boubée de Gramont, Elizabeth Hubiz.
L’atmosphère du laboratoire n’aurait pas été autant agréable sans la présence des multiples
stagiaires : Camille Girard, Laurie Fontaine, Amel Sarah Nouas, Jaime Nunes Aparicio, Luiz
Gustavo Simao Albano et Alexandre Dieplam.
L’expertise et la collaboration de Jeremy Lerner, m’ont permis de devenir un utilisateur
autonome du système PARISS. J’aimerais remercier Marie-Hélène Bernier, Christophe Clément
et Aliréza Hajhosseini Mesgar pour tous les conseils ainsi que les apprentissages acquis en salle
blanche.
J’aimerais tout autant remercier Francis Boutet, Yves Drolet et Jean-Paul Lévesque pour leur
constant appuie technique tout au long du projet.
Finalement, j’aimerais remercier ma famille pour leur amour et leur appuie constant dans ma vie
personelle.

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RÉSUMÉ
Ce travail consiste à utiliser des gels ioniques pour application en tant que diélectrique dans des
transistors à base de couches minces d’oxyde de tungstène synthétisés par méthode sol-gel.
Les gels ioniques sont constitués d’un copolymère et d’un liquide ionique (sel fondu ayant une
température de fusion en dessous de 100°C). Les gels ioniques ont été considérés dans plusieurs
études, disponibles en littérature, en tant que milieu diélectrique pour des transistors à base de
semiconducteurs organiques. Les gels ioniques communément utilisés pour ces études sont faits à
base de deux différents copolymères, c’est-à-dire le (poly(styrène-b-méthyl métacrylate-b-styrène)
(SMS) et le poly(styrène-b-oxyde d’éthylène-b-styrène) (SOS).
L’objectif de cette recherche est d’élargir les connaissances concernant les transistors à base
de semiconducteurs inorganiques utilisant les gels ioniques en tant que diélectrique. Plus
précisément, des mesures électriques ont permis de définir les performances des transistors; des
mesures optiques ont permis de connaitre les propriétés d’absorption optique des couches minces;
des mesures par microscopie à force atomique (AFM) ont permis de connaître les propriétés
morphologiques. Les mesures AFM ont démontré la faible rugosité des couches minces à nature
mésoporeuse. Les mesures optiques et morphologiques ont mis à nus le compromis à atteindre
entre la minimisation de la diffusion optique et la maximisation de l’aire de la surface du
semiconducteur interfacé au gel ionique pour des applications des couches minces dans des
dispositifs électrochromiques. C’est-à-dire des transistors qui changent de couleur lors de la
modulation du courant.
Après avoir vérifié la reproductibilité des dispositifs en caractérisant deux dispositifs
identiques, deux transistors avec épaisseurs du gel différents ont été produits. La capacitance du
gel n’est pas affectée par son épaisseur contrairement à la résistance. On s’attend donc que la
différence d’épaisseur engendre une différente constante de temps de réponse des transistors.
D’un point de vue électrochimique, la voltammétrie cyclique a été utilisée pour connaitre
le comportement redox des couches minces exposées à l’ion gel. La spectroscopie d’impédance
électrochimique était la technique de choix pour connaitre la capacitance des couches minces
interfacés aux gels ioniques. Les mesures électriques effectuées concernent les caractéristiques de
type output et transfer. Les caractéristiques output ont permis de reconnaitre le bon fonctionnement
des transistors. Les caractéristiques de transfer ont permis de déterminer la tension de seuil et la