Ilustración de una capa semiconductora orgánica (moléculas verdes) con molécula dopante (violeta). Crédito:Sebastian Hutsch, Frank Ortmann
Los semiconductores orgánicos permiten la fabricación de aplicaciones electrónicas impresas y mecánicamente flexibles a gran escala, y ya se han establecido con éxito en el mercado de pantallas en forma de diodos emisores de luz orgánicos (OLED). Para penetrar en otros segmentos del mercado, todavía se necesitan mejoras en el rendimiento.
En tecnología de semiconductores, "dopaje" se refiere a la introducción dirigida de impurezas (también llamadas dopantes) en el material semiconductor de un circuito integrado. Estos dopantes funcionan como "perturbaciones" intencionales en el semiconductor que pueden usarse para controlar el comportamiento específico de los portadores de carga y, por lo tanto, la conductividad eléctrica del material original. Incluso la cantidad más pequeña de dopantes puede tener una influencia muy fuerte en la conductividad eléctrica. El dopaje molecular es una parte integral de la mayoría de las aplicaciones comerciales de la electrónica orgánica. Hasta ahora, sin embargo, una comprensión física fundamental insuficiente de los mecanismos de transporte de cargas en semiconductores orgánicos dopados ha impedido aumentos adicionales en la conductividad para igualar los mejores semiconductores como el silicio.
Investigadores del Centro Integrado de Física Aplicada y Materiales Fotónicos de Dresde (IAPP) y del Centro de Electrónica Avanzada de Dresde (CFAED) en TU Dresden, en cooperación con la Universidad de Stanford y el Instituto de Ciencia Molecular en Okazaki, Ahora han identificado parámetros clave que influyen en la conductividad eléctrica en conductores orgánicos dopados. La combinación de investigaciones experimentales y simulaciones ha revelado que la introducción de moléculas dopantes en semiconductores orgánicos crea complejos de dos moléculas con carga opuesta. Las propiedades de estos complejos, como la atracción de Coulomb y la densidad de los complejos, determinar significativamente las barreras de energía para el transporte de portadores de carga y, por lo tanto, el nivel de conductividad eléctrica. La identificación de parámetros moleculares importantes constituye una base importante para el desarrollo de nuevos materiales con una conductividad aún mayor.
Los resultados de este estudio se acaban de publicar en Materiales de la naturaleza . Si bien el trabajo experimental y una parte de las simulaciones se realizaron en la IAPP, el Grupo de Nanoelectrónica Computacional del CFAED bajo la dirección del Dr. Frank Ortmann verificó las explicaciones teóricas de las observaciones mediante simulaciones a nivel molecular. Al hacerlo, los investigadores han creado una base integral para nuevas aplicaciones de tecnología de semiconductores orgánicos.