(a) Imagen SEM de un nanoporo con puerta metálica. El recuadro muestra la vista del ángulo de inclinación. (b) Deposición de una nanopartícula de PTCDA en un nanoporo, y (c) una nanopartícula ubicada en un nanoporo e intercalada entre electrodos. (d) Imagen SEM de una nanopartícula en un nanoporo. (mi, f) Imágenes reconstruidas en 3D-TEM de la nanopartícula dentro del nanoporo. Crédito:Linh-Nam Nguyen, et al. © 2013 AIP Publishing LLC
(Phys.org) —Los dispositivos semiconductores orgánicos tienen muchos atributos positivos, como su bajo costo, alta flexibilidad, peso ligero y facilidad de procesamiento. Sin embargo, Un inconveniente de los semiconductores orgánicos es que generalmente tienen una baja movilidad de electrones, resultando en una corriente débil y una conductividad pobre.
En un nuevo estudio, Los científicos de Taiwán han diseñado y construido un transistor semiconductor orgánico con una movilidad que es 2-3 órdenes de magnitud mayor que la de los transistores semiconductores orgánicos convencionales. Los beneficios de una alta movilidad podrían extenderse a una amplia gama de aplicaciones, como pantallas LED orgánicas, células solares orgánicas, y transistores orgánicos de efecto de campo.
Los investigadores, en una colaboración de los grupos del profesor CD Chen de la Academia Sinica y el profesor MT Lin de la Universidad Nacional de Taiwán, han publicado su artículo sobre el nuevo semiconductor orgánico de alta movilidad en un número reciente de Letras de física aplicada .
La principal razón de la baja movilidad de los electrones en los semiconductores orgánicos convencionales es la dispersión de electrones debido a defectos estructurales en forma de límites de grano. Al diseñar un transistor semiconductor orgánico que contiene solo un grano, los científicos pudieron evitar el problema de la dispersión en los límites de los granos.
En sus experimentos, Los investigadores demostraron que un dispositivo que contiene una sola nanopartícula orgánica (dianhídrido de perileno tetracarboxílico, PTCDA) incrustado en un nanoporo y rodeado de electrodos logra el valor de movilidad de electrones más alto hasta la fecha en 1 orden de magnitud, y es 2-3 órdenes de magnitud mayor que los valores reportados para transistores semiconductores orgánicos convencionales hechos de películas policristalinas. Los valores de movilidad del nuevo dispositivo son de 0,08 cm. 2 / Vs a temperatura ambiente y 0,5 cm 2 / Vs a 80 K, que se acercan a la movilidad intrínseca de PTCDA.
Además de su alta movilidad, el nuevo transistor semiconductor orgánico también ofrece la mayor eficiencia cuántica externa reportada hasta la fecha. Los investigadores atribuyen esta propiedad al uso de una sola nanopartícula en el dispositivo, pero por razones distintas a la reducción de la dispersión en los límites de los granos. En lugar de, la gran superficie y el pequeño tamaño de la nanopartícula, resultando en una corta distancia de viaje para los electrones, proporcionar la alta eficiencia cuántica. Como medida de la sensibilidad eléctrica de un dispositivo a la luz, una alta eficiencia cuántica es útil para aplicaciones de energía solar.
En total, las propiedades mejoradas de los transistores semiconductores orgánicos podrían tener implicaciones de gran alcance en los dispositivos electrónicos y optoelectrónicos.
"Los materiales orgánicos de alta movilidad tienen aplicaciones potenciales en pantallas flexibles como los diodos emisores de luz orgánicos de matriz activa (AMOLED) en teléfonos inteligentes comerciales, cámaras digitales, Televisores y una pantalla similar a un papel o un papel electrónico, "Lin dijo Phys.org . "Otra aplicación del material orgánico de alta movilidad es hacer transistores de efecto de campo para sensores flexibles de área grande, como sensores de presión para piel artificial electrónica en una futura generación de robots".
En el futuro, los investigadores planean investigar más a fondo las propiedades de nanopartículas individuales y otros materiales semiconductores.
"Una posibilidad inmediata para los dispositivos de nanoporos cerrados de estado sólido es el estudio de las propiedades electrónicas y optoelectrónicas de nanopartículas semiconductoras individuales, "Lin dijo." Además, También utilizamos esta plataforma para explorar las propiedades de transporte de electrones perpendicular al plano de los materiales de la capa atómica, como los dicalcogenuros de metales de transición. El estudio del transporte dependiente de espín con electrodos magnéticos será otro tema interesante para la posible aplicación de dispositivos espintrónicos orgánicos. Creemos que esto proporcionaría información útil sobre las características fundamentales de estos interesantes materiales ".
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