Uusi dopingmenetelmä orgaanisille puolijohteille

Orgaaniset puolijohteet ovat hiilipohjaisia materiaaleja, jotka voivat johtaa sähköä ja joita voidaan käyttää joustavissa, kevyissä ja mahdollisesti edullisissa elektronisissa laitteissa. Vaikka teknologia on lupaavaa, suorituskykyyn liittyy edelleen haasteita.

Sähkönjohtavuus vaatii dopingia eli prosessia, jossa materiaaliin lisätään liikkuvia sähkövarauksia. Perinteiset kemialliset seostusaineet saavuttavat lopulta rajan, joka rajoittaa niiden luomien varausten määrää.

Äskettäin Nature Materials -lehdessä julkaistussa tutkimuksessa Concordia, Institut national de la recherche scientifique (INRS) ja Yorkin yliopiston tutkijat esittivät keinon kiertää tätä rajaa. Heidän tutkimuksensa osoittaa, että kemiallisen seostusaineen hajoaminen elektronin siirron jälkeen voi pitää seostusprosessin käynnissä, jolloin syntyy paljon suurempia sähkövarauksen pitoisuuksia.

Tutkijat kutsuvat prosessia ”hajoamisavusteiseksi dopingiksi” (DAD). Ymmärtääkseen, miten se toimii, he yhdistivät tietokonesimulaatioita laboratoriokokeisiin käyttäen orgaanista puolijohdetta P3HT ja kemiallista yhdistettä nimeltä tris(pentafluorofenyyli)boraani eli BCF.

He käyttivät useita tutkimustekniikoita sekä tietokonemallinnusta tutkimaan tapahtuneita kemiallisia reaktioita.

Tulokset osoittivat, että BCF hajoaa otettuaan vastaan elektronin, poistaen sen reaktiotuotteet prosessista ja mahdollistaen lisäelektronien siirtymisen. Tutkijat havaitsivat, että uusi menetelmä voi luoda jopa 100 kertaa enemmän liikkuvia sähkövarauksia puolijohteeseen kuin perinteinen seostus, mikä voi tehdä materiaalista paljon johtavampaa. BCF tuotti myös korkeamman johtavuuden P3HT:ssä kuin muut yleisesti käytetyt seostusaineet.

Kirjoittajat uskovat, että löydökset luovat DAD:sta uuden strategian orgaanisten puolijohteiden suorituskyvyn parantamiseksi ja voisivat auttaa tutkijoita suunnittelemaan tehokkaampia materiaaleja joustavalle elektroniikalle, optoelektronisille laitteille ja termoelektrisille teknologioille.

Aiheesta aiemmin:

Hiiliseostus muuttaa puolijohtavaa 2D-materiaalia

Uusi näkökulma timanttielektroniikkaan