Анализиран допинг на органски полупроводници
Расејувањето на Х-зраци ги покажува типичните рефлексии на мрежата на домаќинот за чист 4T (горе) и P3HT (подолу) лево. Во случај на силно допингувани материјали, се појавуваат други рефлексии што укажуваат на присуство
Органски полупроводници се користат, на пример, за соларни ќелии или диоди кои емитуваат светлина (OLED). Досега, сепак, малку се знаеше за тоа како „допинг“ молекулите се структурно интегрирани во органските полупроводници. Ова сега го анализира тим од универзитетот Хумболт во Берлин и Хелмхолц центарот Берлин на БЕССИ II. Резултатите се изненадувачки: молекулите не се рамномерно распоредени во мрежата домаќин, туку формираат таканаречени кокристалити со материјалот домаќин. „Допираниот“ органски полупроводник се состои од матрица на „оригинални“ кристалити во кои се вградени „мешани“ кристалити. Овие мешани кристалити ја добиваат улогата на „допинг“ молекули.
Нашата модерна полупроводничка технологија се заснова на силициум, неоргански полупроводнички материјал кој е допинг со странски атоми за употреба во електронски компоненти. Сепак, органските цврсти материи направени од конјугирани молекули или полимери имаат и полупроводнички својства што овозможуваат примена во органската електроника. Огромниот потенцијал на органската електроника е јасно демонстриран во последниве години користејќи го примерот на диоди што емитуваат светлина (OLED).
Молекули на гостите во решетката домаќин
На пример, олиготиофен (4T) и политиофен (P3HT), два типични органски полупроводници, можат да бидат „допингувани“ со втор вид молекула, силен електронски рецептор (F4TCNQ) и со тоа да се влијае особено врз нивната спроводливост. Како овие гостински молекули се структурно интегрирани во мрежата домаќин на органски полупроводници, сепак, тешко беше познато до сега. Затоа, аналогно на неорганските полупроводници, секогаш се претпоставуваше хомогена дистрибуција до сега.
Белешки за посебни карактеристики
Меѓународен тим, предводен од заедничката истражувачка група „Молекуларни системи“ при ХЗБ и Универзитетот Хумболт во Берлин, сега беше во можност да покаже дека тоа не е случај ниту за олиготиофен и за политиофен. Групата околу Др. Инго Салзман и проф. Норберт Кох претходно анализираше експериментално и теоретски како допингот на органски полупроводници влијае на нивната електронска структура, а со тоа и на нивната спроводливост, користејќи други системи. Ова резултираше со индикации за посебни карактеристики на оваа класа материјали, во кои хибридизацијата на молекуларните орбитали игра клучна улога.
Примероци со различни количини на допинг
Затоа тие произведоа серија на различни допинг органски тенки филмови и ги испитаа овие примероци со дифракција на Х-зраци на зракот KMC-2, што д-р. Даниел Тобенс се грижи за него. Ова им овозможи прецизно да ја одредат кристалната структура во зависност од јачината на допингот.
Кокристалити како „допанти“
Нивните резултати покажаа, и за 4T и за P3HT, дека гостинските молекули - во спротивност со очекуваното - во никој случај не се интегрирани рамномерно во мрежата домаќин на органскиот полупроводник. Наместо тоа, се формира втора кристална фаза составена од ко-кристалити домаќини/гости во чиста кристална матрица на домаќинот. Овие ко-кристали сега ја добиваат улогата на допант наместо вистинската допинг-молекула.
Разбирањето овозможува поголема контрола
„Важно е подетално да се разберат основните процеси вклучени во допингот на органски полупроводници“, објаснува Салцман: „Ако сакаме успешно да ги користиме ваквите материјали во апликациите, мора да можеме да ги контролираме нивните електронски својства исто како што правиме со неорганските полупроводници денес. "