Анализирано легиране на органични полупроводници
Рентгеновото разсейване показва типичните отражения на решетката на гостоприемника за чисти 4T (горе) и P3HT (отдолу) вляво. При силно легираните материали се появяват други отражения, които показват наличието
Органичните полупроводници се използват, например, за слънчеви клетки или светодиоди (OLED). Досега обаче се знаеше малко за това как молекулите на „легирането“ са структурно интегрирани в органичните полупроводници. Сега това е анализирано от екип от университета Хумболт в Берлин и Центъра Хелмхолц Берлин в BESSY II. Резултатите са изненадващи: молекулите не са равномерно разпределени в решетката на гостоприемника, а образуват така наречените съкристалити с материала гостоприемник. По този начин „легираният“ органичен полупроводник се състои от матрица от „оригинални“ кристалити, в които са вградени „смесени“ кристалити. Тези смесени кристалити поемат ролята на „легиращи” молекули.
Нашата модерна полупроводникова технология се основава на силиций, неорганичен полупроводников материал, който е легиран с чужди атоми за използване в електронни компоненти. Въпреки това, органичните твърди вещества, направени от конюгирани молекули или полимери, също имат полупроводникови свойства, които позволяват приложения в органичната електроника. Огромният потенциал на органичната електроника беше ясно демонстриран през последните години на примера на светодиоди (OLED).
Гост молекули в решетката на гостоприемника
Например, олиготиофенът (4T) и политиофенът (P3HT), два типични органични полупроводника, могат да бъдат "допирани" с втори тип молекула, силен електронен акцептор (F4TCNQ), и по този начин да бъдат повлияни специално по отношение на тяхната проводимост. Как обаче тези молекули на госта са структурно интегрирани в решетката на гостоприемника на органични полупроводници, досега едва ли беше известно. Следователно, по аналогия с неорганичните полупроводници, досега винаги се е предполагало хомогенно разпределение.
Бележки за специалните характеристики
Международен екип, ръководен от съвместната изследователска група „Молекулярни системи“ към HZB и Университета Хумболт в Берлин, вече е в състояние да докаже, че това не е нито случаят с олиготиофен, нито с политиофен. Групата около Dr. Инго Залцман и проф. Д-р Преди това Норберт Кох е анализирал експериментално и теоретично как легирането на органични полупроводници влияе върху тяхната електронна структура и по този начин върху проводимостта им, използвайки други системи. Това доведе до индикации за специални характеристики на този клас материали, при които хибридизацията на молекулярните орбитали играе ключова роля.
Проби с различни количества допинг
Следователно те произвеждат поредица от различно легирани органични тънки филми и изследват тези проби с рентгенова дифракция на лъча KMC-2, която Dr. Даниел Тьобенс се грижи. Това им позволи да определят точно кристалната структура в зависимост от силата на легирането.
Кокристалити като "добавки"
Техните резултати показаха, както за 4T, така и за P3HT, че молекулите на госта - в ярък контраст с очакваното - по никакъв начин не са интегрирани равномерно в решетката на гостоприемника на органичния полупроводник. Вместо това в чистата кристална матрица на гостоприемника се образува втора кристална фаза на съкристалити гост/гост. Тези съкристали сега поемат ролята на добавка, вместо на действителната допинг молекула.
Разбирането позволява повече контрол
„Важно е да разберем по-подробно основните процеси, свързани с легирането на органични полупроводници“, обяснява Залцман: „Ако искаме да използваме такива материали успешно в приложенията, трябва да можем да контролираме техните електронни свойства точно толкова точно, колкото правим с неорганичните полупроводници днес . "