Полупроводники преобразили электронную промышленность - от смартфонов, самолетов и кардиостимуляторов до суперкомпьютеров и множества других приложений. Этот материал, который является основой современных технологий, обещает дальнейшее развитие. Кислород, используемый в качестве легирующей добавки, делает полупроводник более масштабируемым и экономичным для различных электронных приложений. Вот почему исследователи разрабатывают экологически чистые полупроводники, легированные воздухом, для электроники нового поколения.
Новый метод заключается в погружении электропроводящего пластика в специальный солевой раствор – фотокатализатор – и последующем кратковременном освещении его светом, в результате чего получается электропроводящий пластик, легированный фосфором.
Так исследователи из одного из крупнейших в Швеции - Линчёпингского университета, разработали новый подход к повышению проводимости органических полупроводников, используя воздух в качестве легирующей добавки. Ученые говорят, что это исследование является важным шагом на пути к созданию дешевых и устойчивых органических полупроводников будущего. “Мы считаем, что этот метод может существенно повлиять на то, как мы используем органические полупроводники. Все компоненты доступны по цене и потенциально безвредны для окружающей среды, что является необходимым условием для создания устойчивой электроники будущего”, - заявила Симона Фабиано, доцент Университета в Линчепинге.
В таком органическом полупроводнике кремний заменяется проводящими пластиками, что позволяет его широко использовать, в частности, в цифровых дисплеях, солнечных батареях, светодиодах, датчиках, имплантатах, накопителях энергии. Легирующие добавки были введены для повышения проводимости и улучшения характеристик полупроводников. Они способствуют перемещению электрических зарядов внутри полупроводникового материала, который может быть настроен таким образом, чтобы индуцировать положительные (p-легирование) или отрицательные (n-легирование) заряды в зависимости от необходимости.
Как отмечают исследователи, к сожалению, стандартные легирующие добавки обычно обладают высокой реакционной способностью, что делает их нестабильными, дорогостоящими, сложными в изготовлении. В своих исследованиях ученые Университета в Линчепинге стремились устранить ограничения современных методов легирования, используемых в органической электронике, и поэтому они разработали метод, использующий легкодоступные и экологически чистые материалы для улучшения функциональных возможностей полупроводников.
Они были вдохновлены процессом фотосинтеза в природе в попытке имитировать естественные процессы, которые устойчиво и эффективно улучшают электропроводность. Используя световую активацию и фотокатализатор, исследователи разработали новый подход, при котором воздух, в основном кислород, служил в качестве легирующей добавки для органических полупроводников. Этот метод также упростил процесс легирования, потенциально сделав его более масштабируемым и экономичным для различных электронных приложений.
Электропроводящий пластик погружают в специальный солевой раствор — фотокатализатор — и затем кратковременно освещают светом. Время, в течение которого материал подвергается воздействию света, определяет уровень легирования. Раствор, используемый в этом процессе, может быть использован повторно позже, когда материал становится р-легированным (т.е. приобретает положительные заряды). Также возможно комбинировать p- и n-легирование в одной и той же реакции, что является совершенно уникальным. Это упрощает производство электронных устройств, особенно тех, где требуются полупроводники, легированные как p, так и n, например, термоэлектрические генераторы. Единственным веществом, потребляемым в этом процессе, является кислород из воздуха.
Это явление достижимо благодаря функции фотокатализатора как “электронного челнока”, который либо принимает, либо отдает электроны материалу при воздействии слабых окислителей или восстановителей.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.