Dopajul analizat al semiconductorilor organici
Răspândirea cu raze X arată reflexele tipice ale rețelei gazdă pentru 4T pur (deasupra) și P3HT (dedesubt) pe stânga. În cazul materialelor puternic dopate, apar alte reflecții care indică prezența
Semiconductorii organici sunt utilizați, de exemplu, pentru celulele solare sau diodele emițătoare de lumină (OLED). Până acum, însă, se știa puțin despre modul în care moleculele „dopante” sunt integrate structural în semiconductorii organici. Acest lucru a fost analizat acum de o echipă de la Universitatea Humboldt din Berlin și Centrul Helmholtz Berlin la BESSY II. Rezultatele sunt surprinzătoare: moleculele nu sunt distribuite uniform în rețeaua gazdă, ci formează așa-numitele co-cristalite cu materialul gazdă. Semiconductorul organic „dopat” constă astfel dintr-o matrice de cristalite „originale” în care sunt încorporate cristalite „mixte”. Aceste cristalite mixte își asumă rolul de molecule de „dopaj”.
Tehnologia noastră modernă a semiconductorilor se bazează pe siliciu, un material anorganic semiconductor care este dopat cu atomi străini pentru utilizare în componente electronice. Cu toate acestea, solidele organice obținute din molecule sau polimeri conjugați au, de asemenea, proprietăți semiconductoare care permit aplicații în electronica organică. Potențialul enorm al electronicii organice a fost demonstrat în mod clar în ultimii ani folosind exemplul diodelor emițătoare de lumină (OLED).
Molecule invitate în rețeaua gazdă
De exemplu, oligotiofenul (4T) și politiofenul (P3HT), doi semiconductori organici tipici, pot fi „dopați” cu un al doilea tip de moleculă, un acceptor puternic de electroni (F4TCNQ) și, prin urmare, influențat în mod specific în ceea ce privește conductivitatea lor. Cu toate acestea, modul în care aceste molecule oaspeți se integrează structural în rețeaua gazdă a semiconductoarelor organice nu era cunoscut până acum. Prin urmare, în analogie cu semiconductorii anorganici, o distribuție omogenă a fost întotdeauna asumată până acum.
Note privind caracteristicile speciale
O echipă internațională, condusă de grupul mixt de cercetare „Sisteme moleculare” de la HZB și Universitatea Humboldt din Berlin, a reușit acum să demonstreze că acest lucru nu este nici cazul oligotiofenului, nici al politiofenului. Grupul din jurul Dr. Ingo Salzmann și prof. Dr. Norbert Koch a analizat anterior alte sisteme în mod experimental și teoretic, cum dopajul semiconductorilor organici afectează structura lor electronică și, astfel, conductivitatea lor. Acest lucru a dus la indicații ale caracteristicilor speciale ale acestei clase de materiale, în care hibridizarea orbitalilor moleculari joacă un rol cheie.
Eșantioane cu cantități diferite de dopaj
Prin urmare, au produs o serie de pelicule organice subțiri dopate diferit și au examinat aceste probe cu difracție de raze X pe linia fasciculului KMC-2, pe care Dr. Daniel Többens are grijă de el. Acest lucru le-a permis să determine cu precizie structura cristalină în funcție de puterea dopajului.
Co-cristalitele ca „dopanți”
Rezultatele lor au arătat, atât pentru 4T, cât și pentru P3HT, că moleculele oaspeți - în contrast puternic cu ceea ce era de așteptat - nu sunt nicidecum integrate în rețeaua gazdă a semiconductorului organic. În schimb, o a doua fază cristalină constând din co-cristalite gazdă/musafir se formează în matricea gazdă cristalină pură. Aceste co-cristale preiau acum rolul de dopant în locul moleculei dopante propriu-zise.
Înțelegerea permite mai mult control
„Este important să înțelegem mai detaliat procesele fundamentale implicate în doparea semiconductoarelor organice”, explică Salzmann: „Dacă dorim să folosim astfel de materiale cu succes în aplicații, trebuie să fim capabili să le controlăm proprietățile electronice la fel de exact ca în cazul semiconductoarelor anorganice de astăzi. . "