Organisk halvledertransistor lavet af en enkelt nanopartikel opnår højeste mobilitet endnu

(Phys.org) — Organiske halvledende enheder har mange positive egenskaber, såsom deres lave omkostninger, høj fleksibilitet, let vægt, og nem behandling. Imidlertid, en ulempe ved organiske halvledere er, at de generelt har en lav elektronmobilitet, hvilket resulterer i en svag strøm og dårlig ledningsevne.

I en ny undersøgelse, forskere fra Taiwan har designet og bygget en organisk halvledertransistor med en mobilitet, der er 2-3 størrelsesordener højere end konventionelle organiske halvledertransistorer. Fordelene ved en høj mobilitet kan strække sig til en bred vifte af applikationer, såsom organiske LED-skærme, organiske solceller, og organiske felteffekttransistorer.

Forskerne, i et samarbejde mellem grupperne af prof. CD Chen fra Academia Sinica og prof. MT Lin fra National Taiwan University, har offentliggjort deres papir om den nye højmobilitetsorganiske halvleder i et nyligt nummer af Anvendt fysik bogstaver .

Den største årsag til lav elektronmobilitet i konventionelle organiske halvledere er elektronspredning på grund af strukturelle defekter i form af korngrænser. Ved at designe en organisk halvledertransistor, der kun indeholder et enkelt korn, forskerne kunne undgå problemet med spredning af korngrænser.

I deres eksperimenter, forskerne viste, at en enhed indeholdende en enkelt organisk nanopartikel (perylentetracarboxylsyredianhydrid, PTCDA) indlejret i en nanopore og omgivet af elektroder opnår den højeste elektronmobilitetsværdi til dato med 1 størrelsesorden, og er 2-3 størrelsesordener højere end de rapporterede værdier for konventionelle organiske halvledertransistorer fremstillet af polykrystallinske film. Den nye enheds mobilitetsværdier er 0,08 cm ² /Vs ved stuetemperatur og 0,5 cm ² /Vs ved kølige 80 K, som nærmer sig PTCDA's indre mobilitet.

Ud over sin høje mobilitet, den nye organiske halvledertransistor tilbyder også den højeste eksterne kvanteeffektivitet rapporteret til dato. Forskerne tilskriver denne egenskab til brugen af ​​en enkelt nanopartikel i enheden, men af ​​andre årsager end at reducere korngrænsespredning. I stedet, nanopartiklernes store overfladeareal og lille størrelse, resulterer i en kort rejseafstand for elektroner, give den høje kvanteeffektivitet. Som et mål for en enheds elektriske følsomhed over for lys, en høj kvanteeffektivitet er nyttig til solenergianvendelser.

Alt i alt, de forbedrede egenskaber ved organiske halvledertransistorer kan have vidtrækkende konsekvenser i elektroniske og opto-elektroniske enheder.

"Økologiske materialer med høj mobilitet har potentielle anvendelser i fleksible skærme såsom Active Matrix Organic Light Emitting Diodes (AMOLED'er) i kommercielle smartphones, digitale kameraer, TV og en papirlignende skærm eller et elektronisk papir, " fortalte Lin Phys.org . "En anden anvendelse af organisk materiale med høj mobilitet er at lave felteffekttransistorer til fleksible sensorer med stort område, såsom tryksensorer til elektronisk kunstig hud i en fremtidig generation af robotter."

I fremtiden, forskerne planlægger at undersøge egenskaberne af enkelte nanopartikler og andre halvledende materialer yderligere.

"En umiddelbar mulighed for solid-state gated-nanopore-enheder er at studere elektroniske og optoelektroniske egenskaber af enkelte halvledende nanopartikler, " sagde Lin. "Desuden, vi bruger også denne platform til at udforske vinkelret-til-plan elektrontransportegenskaber af atomare lagmaterialer såsom overgangsmetal dichalcogenider. Undersøgelse af spin-afhængig transport med magnetiske elektroder vil være et andet interessant emne for den potentielle anvendelse for organiske spintroniske enheder. Vi mener, at dette ville give nyttig information om grundlæggende karakteristika ved disse interessante materialer."

© 2013 Phys.org. Alle rettigheder forbeholdes.