Полупроводники являются основой всей современной электроники. Исследователи из Университета Линчёпинга в Швеции разработали новый метод, позволяющий органическим полупроводникам стать более проводящими с помощью воздуха в качестве допанта. Это значительный шаг на пути к созданию дешёвых и устойчивых органических полупроводников.
Революционная методика
- "Мы считаем, что этот метод может существенно повлиять на способ легирования органических полупроводников. Все компоненты доступны, недороги и потенциально экологически безопасны, что является необходимым условием для будущей устойчивой электроники," говорит Симоне Фабиано, доцент Университета Линчёпинга.
Потенциал органических полупроводников
- Полупроводники на основе проводящих пластиков, а не кремния, имеют множество потенциальных применений. Органические полупроводники могут использоваться в цифровых дисплеях, солнечных батареях, светодиодах, сенсорах, имплантатах и для накопления энергии.
Проблемы традиционного легирования
- Для улучшения проводимости и модификации свойств полупроводников обычно вводятся так называемые допанты. Эти добавки облегчают движение электрических зарядов внутри полупроводникового материала и могут быть настроены на индукцию положительных (p-допинг) или отрицательных (n-допинг) зарядов. Сегодняшние распространённые допанты часто являются очень реактивными (нестабильными), дорогими или трудными в производстве, а иногда обладают всеми этими недостатками.
Новый метод легирования
- Теперь учёные из Университета Линчёпинга разработали метод легирования, который можно проводить при комнатной температуре, где в качестве основного допанта используется кислород, а процесс активируется светом.
- "Наш подход был вдохновлён природой, так как он имеет много аналогий с фотосинтезом. В нашем методе свет активирует фотокатализатор, который затем облегчает перенос электронов от обычно неэффективного допанта к органическому полупроводниковому материалу," поясняет Симоне Фабиано.
Процесс и его преимущества
- Новый метод включает погружение проводящего пластика в специальный солевой раствор — фотокатализатор, а затем его освещение светом на короткое время. Длительность освещения определяет степень легирования материала. После этого раствор восстанавливается для будущего использования, оставляя p-допированный проводящий пластик, в котором единственным потребляемым веществом является кислород из воздуха.
- Фотокатализатор действует как "электронный шаттл," принимая или отдавая электроны материалу в присутствии слабых окислителей или восстановителей. Это распространено в химии, но ранее не использовалось в органической электронике.
Уникальные возможности
- "Также возможно сочетать p-допинг и n-допинг в одной реакции, что довольно уникально. Это упрощает производство электронных устройств, особенно тех, где требуются оба типа допированных полупроводников, таких как термоэлектрические генераторы. Все части могут быть изготовлены и легированы одновременно, что делает процесс более масштабируемым," добавляет Симоне Фабиано.
- Легированный органический полупроводник обладает лучшей проводимостью, чем традиционные полупроводники, и этот процесс можно масштабировать. Исследовательская группа Симоне Фабиано в Лаборатории органической электроники уже показала в начале 2024 года, как проводящие пластики могут обрабатываться из экологически чистых растворителей, таких как вода; это их следующий шаг.
- "Мы только начинаем полностью понимать механизм, лежащий в основе этого процесса, и какие ещё возможные области применения существуют. Но это очень многообещающий подход, показывающий, что фотокаталитическое легирование является новой вехой в органической электронике," подытожил Симоне Фабиано, стипендиат Академии Валленберга.
Заключение
Исследование учёных из Университета Линчёпинга открывает новые горизонты для устойчивой электроники. Использование воздуха в качестве допанта не только снижает затраты, но и делает процесс более экологичным. Этот метод имеет потенциал стать основой для будущих инновационных приложений в области органических полупроводников.
