Los semiconductores orgánicos de mala calidad pueden convertirse en semiconductores de alta calidad cuando se fabrican de la manera correcta. Investigadores de la Universidad de Linköping muestran en un artículo de Nature Materials que el movimiento de las cargas en los dispositivos electrónicos orgánicos se ralentiza drásticamente con cantidades diminutas de agua.

El descubrimiento de que los materiales orgánicos, como polímeros, pueden actuar como semiconductores, lo que llevó al Premio Nobel de Química en 2000. Desde entonces, la investigación dentro de la electrónica orgánica realmente se ha disparado, sobre todo en la Universidad de Linköping, que es el hogar de la investigación líder mundial en el campo.

Semiconductores orgánicos, sin embargo, no conduzcan la corriente tan eficientemente como, por ejemplo, semiconductores de silicio u otros materiales inorgánicos. Los científicos han descubierto que una de las causas de esto es la formación de trampas en los materiales orgánicos en los que se atascan los portadores de carga. Varios grupos de investigación de todo el mundo han estado trabajando arduamente para comprender no solo dónde están ubicadas las trampas, sino también cómo se pueden eliminar.

"Hay trampas en todos los semiconductores orgánicos, pero probablemente sean un problema mayor en materiales de tipo n, dado que estos son generalmente semiconductores más pobres que los materiales de tipo p ", dice Martijn Kemerink, profesor de física aplicada en la División de Materiales y Dispositivos Complejos de la Universidad de Linköping.

Los materiales de tipo p tienen una carga positiva y los portadores de carga constan de agujeros, mientras que los materiales de tipo n tienen portadores de carga en forma de electrones, lo que le da al material una carga negativa.

Martijn Kemerink y sus colegas de la Universidad de Linköping han llegado a la conclusión de que el agua es el villano de la pieza. Específicamente, se cree que el agua se asienta en poros de tamaño nanométrico en el material orgánico y se absorbe del medio ambiente.

"En un material tipo p, los dipolos en el agua se alinean con sus extremos negativos hacia los agujeros, que están cargados positivamente, y se reduce la energía del sistema completo. Se podría decir que los dipolos incrustan los portadores de carga de tal manera que ya no pueden ir a ningún lado ", dice Martijn Kemerink.

Para materiales de tipo n, el agua se orienta al revés, pero el efecto es el mismo, la carga está atrapada.

Se han realizado experimentos en los que se calienta el material, para secarlo y hacer que desaparezca el agua. Funciona bien por un tiempo pero el material posteriormente reabsorbe el agua del aire circundante, y gran parte del beneficio obtenido por el secado desaparece.

"Cuanta más agua, más trampas. También hemos demostrado que cuanto más secas se pueden fabricar las películas, mejores conductores son. El trabajo teórico de Mathieu Linares confirmó cuantitativamente nuestras ideas sobre lo que estaba sucediendo, lo que fue muy satisfactorio. Nuestro artículo en Nature Materials muestra no solo cómo sacar el agua, sino también cómo asegurarse de que el agua no salga, para producir un material orgánico con conductividad estable ".

Para evitar la reabsorción de agua en el material una vez secado, Los científicos también han desarrollado una forma de eliminar los vacíos en los que de otro modo habrían penetrado las moléculas de agua. Este método se basa en una combinación de calentamiento del material en presencia de un disolvente orgánico adecuado.

"Los materiales que antes se creía que eran semiconductores extremadamente pobres pueden, en cambio, convertirse en buenos semiconductores, siempre que se fabriquen en atmósfera seca. Hemos demostrado que los materiales preparados en seco tienden a permanecer secos, mientras que los materiales que se fabrican en presencia de agua se pueden secar. Estos últimos son, sin embargo, extremadamente sensible al agua. Esto es cierto para los materiales que hemos probado, pero no hay nada que sugiera que otros materiales semiconductores orgánicos se comporten de manera diferente ", dice Martijn Kemerink.