Forskere dechifrerer elektrisk ledningsevne i doterede organiske halvledere

Organiske halvledere muliggør fremstilling af trykte og mekanisk fleksible elektronikapplikationer i stor skala, og har allerede med succes etableret sig på markedet for skærme i form af organiske lysdioder (OLED). For at bryde ind i andre markedssegmenter, der er stadig behov for forbedringer i ydeevnen.

Inden for halvlederteknologi, "doping" refererer til den målrettede introduktion af urenheder (også kaldet dopingmidler) i halvledermaterialet i et integreret kredsløb. Disse dopingstoffer fungerer som bevidste "forstyrrelser" i halvlederen, der kan bruges til at kontrollere ladningsbærernes specifikke adfærd og dermed den elektriske ledningsevne af det originale materiale. Selv den mindste mængde dopingmidler kan have en meget stærk indflydelse på den elektriske ledningsevne. Molekylær doping er en integreret del af størstedelen af ​​kommercielle organiske elektronikapplikationer. Indtil nu, imidlertid, en utilstrækkelig grundlæggende fysisk forståelse af transportmekanismerne for ladninger i doterede organiske halvledere har forhindret yderligere stigninger i ledningsevnen for at matche de bedste halvledere som silicium.

Forskere fra Dresden Integrated Center for Applied Physics and Photonic Materials (IAPP) og Center for Advancing Electronics Dresden (CFAED) ved TU Dresden, i samarbejde med Stanford University og Institute for Molecular Science i Okazaki, har nu identificeret nøgleparametre, der påvirker elektrisk ledningsevne i doterede organiske ledere. Kombinationen af ​​eksperimentelle undersøgelser og simuleringer har afsløret, at introduktion af dopingmolekyler i organiske halvledere skaber komplekser af to modsat ladede molekyler. Egenskaberne af disse komplekser, ligesom Coulomb-attraktionen og tætheden af ​​komplekserne, væsentligt bestemme energibarriererne for transport af ladningsbærere og dermed niveauet af elektrisk ledningsevne. Identifikationen af ​​vigtige molekylære parametre udgør et vigtigt grundlag for udviklingen af ​​nye materialer med endnu højere ledningsevne.

Resultaterne af denne undersøgelse er netop blevet offentliggjort i Naturmaterialer . Mens det eksperimentelle arbejde og en del af simuleringerne blev udført på IAPP, Computational Nanoelectronics Group ved CFAED under ledelse af Dr. Frank Ortmann verificerede de teoretiske forklaringer på observationerne ved hjælp af simuleringer på molekylært niveau. Derved, forskerne har skabt et omfattende grundlag for nye anvendelser af organisk halvlederteknologi.