Los semiconductores, y nuestro dominio de ellos, nos han permitido desarrollar la tecnología que sustenta nuestra sociedad moderna. Estos dispositivos son responsables de una amplia gama de componentes electrónicos, incluyendo placas de circuito, chips y sensores de computadora.

La conductancia eléctrica de los semiconductores se encuentra entre la de los aisladores, como goma, y conductores, como el cobre. Dopando los materiales con diferentes impurezas, los científicos pueden controlar las propiedades eléctricas de un semiconductor. Esto es lo que los hace tan útiles en electrónica.

Los científicos e ingenieros han estado explorando nuevos tipos de semiconductores con propiedades atractivas que podrían resultar en innovaciones revolucionarias. Una clase de estos nuevos materiales son los semiconductores orgánicos (OSC), que se basan en carbono en lugar de silicio. Los OSC son más ligeros y flexibles que sus homólogos convencionales, propiedades que se prestan a todo tipo de aplicaciones potenciales, como la electrónica flexible, por ejemplo.

En 2014, La profesora Thuc-Quyen Nguyen de UC Santa Bárbara y su laboratorio informaron por primera vez sobre el dopaje de las OSC utilizando ácidos de Lewis para aumentar la conductancia de algunos polímeros semiconductores; sin embargo, nadie sabía por qué sucedió este aumento hasta ahora.

A través de un esfuerzo colaborativo, Nguyen y sus collages han analizado este mecanismo, y su descubrimiento inesperado promete otorgarnos un mayor control sobre estos materiales. El trabajo fue apoyado por el Departamento de Energía y los hallazgos aparecen en la revista Materiales de la naturaleza .

Los investigadores de UC Santa Barbara colaboraron con un equipo internacional de la Universidad de Kentucky, Universidad Humboldt de Berlín y Universidad Donghua en Shanghai. "El mecanismo de dopaje que utiliza ácidos de Lewis es único y complejo; por lo tanto, requiere un esfuerzo de equipo, "Explicó Nguyen.

"De eso se trata este artículo, "dijo el autor principal Brett Yurash, un candidato a doctorado en el laboratorio de Nguyen, "averiguar por qué la adición de esta sustancia química al semiconductor orgánico aumenta su conductividad".

"La gente pensó que era solo el ácido de Lewis actuando sobre el semiconductor orgánico, ", explicó." Pero resulta que no se obtiene ese efecto a menos que haya agua ".

Aparentemente, el agua interviene en una parte clave de este proceso. El ácido de Lewis toma un átomo de hidrógeno del agua y lo pasa al OSC. La carga positiva adicional hace que la molécula OSC sea inestable, por lo que un electrón de una molécula vecina migra para cancelar la carga. Esto deja un "agujero" cargado positivamente que luego contribuye a la conductividad del material.

"El hecho de que el agua tuviera algún papel fue realmente inesperado, "dijo Yurash, el autor principal del artículo.

La mayoría de estas reacciones se realizan en entornos controlados. Por ejemplo, los experimentos en UC Santa Barbara se llevaron a cabo en condiciones secas bajo una atmósfera de nitrógeno. Se suponía que no había nada de humedad en la cámara. Sin embargo, claramente, algo de humedad había entrado en la caja con los otros materiales. "Solo se necesita una pequeña cantidad de agua para tener este efecto de dopaje, "Dijo Yurash.

Científicos, Los ingenieros y técnicos deben poder dopar de manera controlable un semiconductor para que sea práctico. "Dominamos totalmente el silicio, ", dijo." Podemos doblarlo en la cantidad exacta que queramos y es muy estable ". El dopaje controlado de los OSC ha sido un gran desafío.

Los ácidos de Lewis son en realidad dopantes bastante estables, y los hallazgos del equipo se aplican de manera bastante amplia, más allá de los pocos OSC y ácidos que probaron. La mayor parte del trabajo de dopaje de OSC ha utilizado dopantes moleculares que no se disuelven fácilmente en muchos disolventes "ácidos de Lewis, por otra parte, son solubles en solventes orgánicos comunes, barato, y disponible en varias estructuras, "Explicó Nguyen.

Comprender el mecanismo en funcionamiento debería permitir a los investigadores diseñar intencionalmente dopantes aún mejores. "Con suerte, este será el trampolín desde el que se lanzarán más ideas, "Dijo Yurash. En última instancia, el equipo espera que estos conocimientos ayuden a impulsar a los semiconductores orgánicos hacia una realización comercial más amplia.