Органическая электроника: метод двойного легирования

Органическая электроника: метод двойного легирования

Выпуск 3(6677) от 07 февраля 2019 г.
РУБРИКА: ПРОРЫВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ МИКРО И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Среди результатов НИОКР встречаются прорывные открытия, не только меняющие ход развития определенного направления, но и имеющие более масштабные последствия. При этом есть и открытия другого рода, когда эффективность уже существующего производственного или исследовательского метода удается повысить, изменив лишь подходы к его реализации. Недавно это удалось сделать шведским исследователям.

Специалисты Технического университета Чалмерса (г. Гетеборг, Швеция) открыли новый простой способ, который может способствовать удвоению эффективности органической электроники. Предложенный ими метод двойного легирования полимеров окажет влияние на такие области, как дисплеи на органических светодиодах (ОСИД), солнечные элементы на основе пластмасс (см. рисунок), изделия биоэлектроники и т. д.



Источник: Chalmers University of Technology

Выгоды применения двойного легирования: повышение эффективности гибких органических солнечных элементов при преобразовании света в электричество (слева), скорости переключения «электронной бумаги» (в центре) и плотности мощности пьезоэлектрических тканей (справа)


Большая часть электроники повседневного использования создана на основе неорганических полупроводниковых материалов, таких как кремний. Критический фактор для их функционирования – ​процесс легирования, заключающийся во введении в полупровод-никовый материал примесей с целью повышения его удельной электропроводности. Для органических полупроводниковых материалов на основе углерода процесс легирования также крайне важен. С момента открытия электропроводных пластмасс и полимеров (за что в 2000 г. была присуждена Нобелевская премия) НИОКР в области органической электроники демонстрируют высокие темпы развития. Одним из примеров, уже появившимся на рынке, можно считать ОСИД-дисплеи смартфонов. Другие применения органической электроники полностью еще не реализованы – ​частично из-за недостаточной эффективности самих органических полупроводниковых материалов.

Легирование в таких материалах осуществляется посредством окислительно-восстановительной реакции. В ходе реакции молекула легирующей примеси получает электрон от полупроводникового материала, что способствует повышению его удельной электропроводности. Чем больше молекул легирующей примеси, с которыми может взаимодействовать полупроводник, тем выше его проводимость – ​по крайней мере до определенного уровня, после достижения которого удельная проводимость снижается. В настоящее время эффективность легированных органических полупроводниковых материалов ограничивается тем, что легирующие молекулы способны забирать только по одному электрону.

В статье, опубликованной в одном из последних выпусков журнала Nature Materials, описан эксперимент, в ходе которого молекула легирующей примеси получила не один, а два электрона легируемого полупроводникового материала. Отмечается, что ранее все аналогичные исследования были сосредоточены на материалах, допускающих реализацию на молекуле легирующей примеси только одной окислительно-восстановительной реакции. Специалисты Технического университета Чалмерса и их коллеги из еще семи научно-исследовательских организаций сделали то, что лежало на поверхности, – ​начали перебор других типов полимеров, обладающих более низкой энергией ионизации.

Одной из важнейших проблем органической электроники всегда была малая электропроводность полимеров, поэтому повышение эффективности методов легирования уже давно приоритетное направление. Выгода нового метода в том, что удвоение удельной проводимости достигается при использовании того же, что и ранее, объема легирующего материала и площади реакции. Это может стать переломным моментом, необходимым для коммерциализации нескольких новых, перспективных технологий. Так, если ОСИД-дисплеи уже успешно конкурируют на рынке с другими технологиями отображения данных, изображений и т. д., то в сфере органических солнечных элементов и электронных схем на основе органических материалов еще только предстоит добиться параметров (в частности, по удельной электропроводности), не уступающих параметрам электроники на основе кремния. Предполагается, что это станет возможно с помощью подбора легирующих примесей и полимеров.

 

Breakthrough in Organic Electronics. Solid State Technology. Display Digest, January 16, 2019: https://electroiq.com/2019/01/breakthrough-in-organic-electronics/


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Выпуск 22(6746) от 11 ноября 2021 г. г.
Выпуск 16(6740) от 19 августа 2021 г. г.
Выпуск 13(6737) от 08 июля 2021 г. г.