Un equipo de investigación del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST), Corea del Sur ha desarrollado fototransistores orgánicos de alto rendimiento (OPT) basados ​​en nanocables orgánicos monocristalinos de canal n. La investigación fue publicada recientemente en Materiales funcionales avanzados .

Los fototransistores son transistores en los que la intensidad de la luz incidente puede modular la densidad de la portadora de carga en el canal. En comparación con los fotodiodos convencionales, Los fototransistores permiten un control más fácil de la sensibilidad de detección de luz sin problemas como el incremento de ruido. Sin embargo, hasta la fecha, la investigación se ha centrado principalmente en OPT de película delgada, y los OPT a nanoescala apenas se han informado.

Los OPT tienen muchas ventajas intrínsecas sobre sus homólogos inorgánicos, tales como la sintonización química de propiedades optoelectrónicas por diseño molecular y alto potencial a bajo costo, ligero, aplicaciones flexibles.

Los nano / microhilos monocristalinos (NW / MW) basados ​​en semiconductores orgánicos han atraído un gran interés recientemente, ya que son bloques de construcción prometedores para diversas aplicaciones electrónicas y optoelectrónicas. En particular, Los OPT basados ​​en NW / MW monocristalinos pueden producir una mayor sensibilidad a la luz que sus contrapartes a granel. Además, su unidimensional, La naturaleza intrínsecamente libre de defectos y altamente ordenada permitirá una comprensión más profunda de los mecanismos fundamentales de generación y transporte de carga en los OPT, al mismo tiempo que permite una fabricación de abajo hacia arriba de nanodispositivos optoelectrónicos.

Prof. Joon Hak Oh y Hojeong Yu, trabajando en UNIST, junto con el profesor Zhenan Bao de la Universidad de Stanford, ESTADOS UNIDOS, han trabajado en fototransistores orgánicos de nanocables monocristalinos de canal n (NW-OPT) y han observado una mejora significativa en la movilidad del portador de carga de los NW-OPT.

El profesor Oh dijo:"El desarrollo de OPT basados ​​en NW / MW semiconductores orgánicos monocristalinos de canal n es muy deseable para la fabricación ascendente de circuitos fotoelectrónicos similares a semiconductores de óxido metálico complementario (CMOS), que proporciona varias ventajas, como una alta estabilidad operativa, fácil control de los voltajes de conmutación de fotos, alta fotosensibilidad y capacidad de respuesta ".

Las características fotoelectrónicas de los NW-OPT monocristalinos como la fotorrespuesta, la relación de cambio de foto, y la ganancia fotoconductora, se analizaron a partir de las características I-V junto con la irradiación de luz y se compararon con las de los dispositivos de película delgada depositados al vacío. Las eficiencias cuánticas externas (EQE) también se investigaron para los NW-OPT y los OPT de película delgada. Además, calcularon la acumulación de carga y las tasas de liberación de trampas profundas, e investigó los efectos de la intensidad de la luz incidente sobre sus propiedades fotoelectrónicas.

Se observa una mejora de la movilidad cuando aumenta la densidad de potencia óptica incidente y la longitud de onda de la fuente de luz coincide con el rango de absorción de luz del material fotoactivo. La relación de fotoconmutación depende en gran medida de la densidad de potencia óptica incidente, mientras que la fotorreactividad depende más de hacer coincidir la longitud de onda de la fuente de luz con el rango de absorción máximo del material fotoactivo.

NW-OPT basados ​​en semiconductores de canal n, NORTE, N '-bis (2-feniletil) -perileno-3, 4:9, Diimida 10-tetracarboxílica (BPE-PTCDI), exhibió valores de eficiencia cuántica externa (EQE) mucho más altos (≈7900 veces más grandes) que los OPT de película delgada, con un EQE máximo de 263 000%. Este fenómeno resultó de la naturaleza monocristalina intrínsecamente libre de defectos de los BPE-PTCDI NW. Además, Se ideó un enfoque para analizar los comportamientos de transporte de carga utilizando tasas de acumulación / liberación de carga de trampas profundas bajo encendido / apagado de fuentes de luz externas.

"Nuestro enfoque para los cálculos de tasa de liberación / acumulación de carga podría proporcionar una comprensión fundamental sobre las variaciones de densidad de portador de carga bajo irradiación de luz, que posteriormente permite un estudio en profundidad de los OPT, "dijo el profesor Oh, "Por lo tanto, los NW-OPT orgánicos monocristalinos son una alternativa muy prometedora a los fotodiodos convencionales de película delgada, y puede allanar eficazmente el camino para la miniaturización de dispositivos optoelectrónicos ".