Semicondutores orgânicos de baixa qualidade podem se tornar semicondutores de alta qualidade quando fabricados da maneira correta. Pesquisadores da Linköping University mostram em um artigo na Nature Materials que o movimento de cargas em dispositivos eletrônicos orgânicos é drasticamente reduzido por diminutas quantidades de água.

A descoberta de que os materiais orgânicos, como polímeros, podem atuar como semicondutores levou ao Prêmio Nobel de Química em 2000. Desde então, a pesquisa dentro da eletrônica orgânica realmente explodiu, não menos na Linköping University, que abriga pesquisas líderes mundiais no campo.

Semicondutores orgânicos, Contudo, não conduza a corrente de forma tão eficiente quanto, por exemplo, semicondutores de silício ou outros materiais inorgânicos. Os cientistas descobriram que uma das causas disso é a formação de armadilhas nos materiais orgânicos nas quais os portadores de carga ficam presos. Vários grupos de pesquisa ao redor do mundo têm trabalhado muito para entender não apenas onde as armadilhas estão localizadas, mas também como eles podem ser eliminados.

"Existem armadilhas em todos os semicondutores orgânicos, mas eles são provavelmente um problema maior em materiais do tipo n, uma vez que estes são geralmente semicondutores mais pobres do que materiais do tipo p ", diz Martijn Kemerink, professor de física aplicada na Divisão de Materiais e Dispositivos Complexos da Linköping University.

Os materiais do tipo p têm uma carga positiva e os portadores de carga consistem em orifícios, enquanto os materiais do tipo n têm portadores de carga na forma de elétrons, o que dá ao material uma carga negativa.

Martijn Kemerink e seus colegas da Linköping University concluíram que a água é a vilã da peça. Especificamente, acredita-se que a água fique em poros do tamanho de nanômetros no material orgânico e é absorvida pelo meio ambiente.

"Em um material do tipo p, os dipolos na água se alinham com suas extremidades negativas em direção aos orifícios, que são carregados positivamente, e a energia do sistema completo é reduzida. Pode-se dizer que os dipolos incorporam os portadores de carga de tal forma que eles não podem mais ir a lugar nenhum ", diz Martijn Kemerink.

Para materiais do tipo n, a água orienta ao contrário, mas o efeito é o mesmo, a carga está presa.

Experimentos foram realizados em que o material é aquecido, para secar e fazer com que a água desapareça. Funciona bem por um tempo, mas o material posteriormente reabsorve água do ar circundante, e muitos dos benefícios obtidos com a secagem desaparecem.

"Quanto mais água, quanto mais armadilhas. Também mostramos que quanto mais secos os filmes podem ser fabricados, melhores condutores eles são. O trabalho teórico de Mathieu Linares confirmou quantitativamente nossas idéias sobre o que estava acontecendo, o que foi muito satisfatório. Nosso artigo na Nature Materials mostra não apenas como tirar a água, mas também como garantir que a água permaneça de fora, para produzir um material orgânico com condutividade estável. "

Para evitar a reabsorção de água para o material depois de seco, os cientistas também desenvolveram uma maneira de remover os vazios nos quais as moléculas de água teriam penetrado. Este método é baseado em uma combinação de aquecimento do material na presença de um solvente orgânico adequado.

"Materiais que antes eram considerados semicondutores extremamente pobres podem, em vez disso, se tornar bons semicondutores, desde que sejam fabricados em atmosfera seca. Mostramos que os materiais preparados a seco tendem a permanecer secos, enquanto os materiais que são feitos na presença de água podem ser secos. Os últimos são, Contudo, extremamente sensível à água. Isso é verdade para os materiais que testamos, mas não há nada que sugira que outros materiais semicondutores orgânicos se comportem de maneira diferente ", diz Martijn Kemerink.