(a) Imagem SEM de um nanoporo com porta de metal. A inserção mostra a visão do ângulo de inclinação. (b) Deposição de uma nanopartícula de PTCDA em um nanoporo, e (c) uma nanopartícula localizada em um nanoporo e imprensada entre os eletrodos. (d) Imagem SEM de uma nanopartícula em um nanoporo. (e, f) Imagens 3D-TEM reconstruídas da nanopartícula dentro do nanoporo. Crédito:Linh-Nam Nguyen, et al. © 2013 AIP Publishing LLC
(Phys.org) —Os dispositivos semicondutores orgânicos têm muitos atributos positivos, como seu baixo custo, alta flexibilidade, peso leve, e facilidade de processamento. Contudo, uma desvantagem dos semicondutores orgânicos é que eles geralmente têm uma baixa mobilidade de elétrons, resultando em uma corrente fraca e baixa condutividade.
Em um novo estudo, cientistas de Taiwan projetaram e construíram um transistor semicondutor orgânico com uma mobilidade 2-3 ordens de magnitude maior do que a dos transistores semicondutores orgânicos convencionais. Os benefícios de uma alta mobilidade podem se estender a uma ampla gama de aplicações, como telas de LED orgânicas, células solares orgânicas, e transistores de efeito de campo orgânico.
Os pesquisadores, em uma colaboração dos grupos do Prof. CD Chen da Academia Sinica e do Prof. MT Lin da National Taiwan University, publicaram seu artigo sobre o novo semicondutor orgânico de alta mobilidade em uma edição recente da Cartas de Física Aplicada .
A maior razão para a baixa mobilidade de elétrons em semicondutores orgânicos convencionais é o espalhamento de elétrons devido a defeitos estruturais na forma de contornos de grão. Ao projetar um transistor semicondutor orgânico contendo apenas um único grão, os cientistas poderiam evitar o problema da dispersão dos limites dos grãos.
Em seus experimentos, os pesquisadores demonstraram que um dispositivo contendo uma única nanopartícula orgânica (dianidrido de perileno tetracarboxílico, PTCDA) incorporado em um nanoporo e cercado por eletrodos atinge o maior valor de mobilidade de elétrons até o momento em 1 ordem de magnitude, e é 2-3 ordens de magnitude maior do que os valores relatados para transistores semicondutores orgânicos convencionais feitos de filmes policristalinos. Os valores de mobilidade do novo dispositivo são 0,08 cm 2 / Vs à temperatura ambiente e 0,5 cm 2 / Vs a um frio de 80 K, que estão se aproximando da mobilidade intrínseca do PTCDA.
Além de sua alta mobilidade, o novo transistor semicondutor orgânico também oferece a maior eficiência quântica externa relatada até hoje. Os pesquisadores atribuem essa propriedade ao uso de uma única nanopartícula no dispositivo, mas por outras razões que não a redução da dispersão dos limites dos grãos. Em vez de, a grande área de superfície e o tamanho pequeno da nanopartícula, resultando em uma curta distância de viagem para elétrons, fornecer a alta eficiência quântica. Como uma medida da sensibilidade elétrica de um dispositivo à luz, uma alta eficiência quântica é útil para aplicações de energia solar.
Completamente, as propriedades aprimoradas dos transistores semicondutores orgânicos podem ter implicações de longo alcance em dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos.
"Materiais orgânicos de alta mobilidade têm aplicações potenciais em monitores flexíveis, como Diodos Emissores de Luz Orgânicos de Matriz Ativa (AMOLEDs) em smartphones comerciais, câmeras digitais, TVs e uma tela parecida com papel ou um papel eletrônico, "Lin disse Phys.org . "Outra aplicação de material orgânico de alta mobilidade é fazer transistores de efeito de campo para sensores flexíveis de grandes áreas, como sensores de pressão para pele artificial eletrônica em uma futura geração de robôs."
No futuro, os pesquisadores planejam investigar melhor as propriedades de nanopartículas individuais e outros materiais semicondutores.
"Uma possibilidade imediata para os dispositivos de nanoporos bloqueados de estado sólido é o estudo das propriedades eletrônicas e optoeletrônicas de nanopartículas semicondutoras simples, "Lin disse." Além disso, também usamos essa plataforma para explorar as propriedades de transporte de elétrons perpendicular ao plano de materiais da camada atômica, como dichalcogenetos de metais de transição. O estudo do transporte dependente do spin com eletrodos magnéticos será outro tópico interessante para a aplicação potencial de dispositivos spintrônicos orgânicos. Acreditamos que isso forneceria informações úteis sobre as características fundamentais desses materiais interessantes. "
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