Исследователи Технологического Университета Чалмерса, Швеция, исследовали прием, который может вдвое увеличить энергоэффективность так называемой органической электроники.

Двойное легирование может повысить эффективность преобразования света гибкими органическими фотоэлектрическими преобразователями (слева), увеличить скорость переключения электронной бумаги (в центре), а также плотность мощности пьезоэлектрического текстиля (справа). Солнечный элемент для фото предоставлен компанией Epishine AB. Источник фото: chalmers.se

В Технологическом Университете Чалмерса, Швеция, открыли подход, который может вдвое увеличить эффективность так называемой органической электроники. Солнечные элементы на основе пластика, OLED-дисплеи, биоэлектроника - лишь некоторые из технологий, которые могут выиграть, воспользовавшись усовершенствованной технологией, которая получила название “двойное легирование”.

Современная электроника, как известно, основана на широком использовании неорганических полупроводников, прежде всего, кремния. Основной технологией при работе с этими полупроводниками является процесс, называемый легированием. Он подразумевает добавление в полупроводник примесей, что повышает электропроводность материала до необходимого уровня.

При работе с полупроводниками на основе органики, прежде всего, на основе углерода, процесс легирования не менее важен. Со времени открытия проводящих ток пластиков и полимеров, а также присуждения Нобелевской премии за исследования в этой области, исследования и разработки в этой области не замедляются. OLED-дисплеи это один из самых заметных примеров, которые уже есть на рынке. Эти дисплеи можно встретить в самых современных смартфонах. Другие приборы на основе органических полупроводников еще недоступны на рынке, поскольку до последнего времени не удавалось обеспечить достаточную энергоэффективность этого материала.

Двойное легирование может изменить ситуацию!

Легирование в органических полупроводниках происходит за счет так называемой окислительно-восстановительной реакции. При таком подходе молекула легирующей примеси заимствует электрон из полупроводника, что повышает его электропроводимость. Чем больше молекул легирующей примеси, тем выше проводимость полупроводника, до определенного предела, конечно. После достижения порогового значения, процесс “разворачивается” - итоговая проводимость полупроводника начинает падать. До сих пор предел эффективности легированных органических полупроводников определялся тем, что каждая молекула легирующей примеси была способна принять от полупроводника не более одного электрона.

Профессор Кристиан Мюллер и его группа, а также коллеги из семи других университетов демонстрируют, что можно забирать не один, а два электрона на каждую молекулу легирующей примеси. Соответствующая статья вышла в научном журнале Nature Materials. “Двойное легирование”, как назвали новый подход, позволяет заметно отодвинуть предел электропроводности органического полупроводника, повышая его энергоэффективность.

Интересно, что ученые не открыли чего-то принципиально нового, скорее речь идет о том, что они смогли заметить то, что не подметили другие исследователи, изучавшие органические полупроводники.

“Исследования концентрировались на изучении материалов, которые допускают только одну окислительно-восстановительную реакцию на молекулу. Мы выбрали другой тип полимера, отличающийся низкой энергией ионизации и заметили, что этот материал позволяет отдавать два электрона в молекулу легирующей примеси. Очень просто”, - говорит Кристиан Мюллер, профессор кафедры полимеров в Технологическом университете Чалмерса.

Открытие шведских ученых сулит дальнейшее усовершенствование технологий, которые до сих пор не получалось довести до рыночного применения. Одна из проблем нескольких органических полупроводников была связана с тем, что они недостаточно хорошо проводили ток. Удвоение проводимости полимеров при использовании того же количества легирующего материала и сохранении той же площади поверхности, может стать тем фактором, который переведет материал в разряд коммерчески применимых.

О каких применениях технологии “двойного легирования” идет речь? Это, например, органические солнечные элементы, электронные чипы, построенные из органических полупроводников. Такие изделия могут найти применение при создании гибкой электроники, биоэлектронных, фото- и термоэлектрических устройств.

Группа ученых, возглавляемая профессором Мюллером, также занимается разработками в прикладных областях с фокусом на полимерные технологии, в частности, разработками электропроводящих тканей и солнечных преобразователей на основе органических полупроводников.

Интересующимся деталями процесса можно рекомендовать публикацию “Двойное легирование сопряженных полимеров мономерными молекулярными легирующими веществами” в журнале Nature Materials.

В финансировании исследования принимали участие: Шведский исследовательский совет, Фонд Кнута и Алисы Валленберг и Европейский исследовательский совет (ERC). Исследование проводилось в сотрудничестве с коллегами из Университета Линчёпинга (Швеция), Университета науки и технологий имени короля Абдаллы (Саудовская Аравия). Аравия), Имперского колледжа Лондона (Великобритания), Технологического института Джорджии и Калифорнийского университета Дэвиса (США), а также Хемницкого технологического университета (Германия).

Источник: chalmers.se

+

За новостями микроэлектроники и полупроводников удобно следить в телеграм-канале RUSmicro

теги: микроэлектроника полупроводники органическая двойное легирование double doping технологии наука исследования

+ +