«Самоисчезающее» легирование повысило эффективность органического полупроводника в 100 раз

Научный коллектив предложил передовой подход к легированию органических полупроводников, обеспечивающий почти стократный прирост подвижных носителей заряда в сравнении с классическими техниками. Данное достижение способно вывести на новый уровень производительность носимых и гибких гаджетов, органической оптоэлектроники, а также термоэлектрических систем. Итоги исследования обнародованы на страницах авторитетного издания Nature Materials.

Разработка получила название degradation-assisted doping (DAD), что означает легирование с задействованием процессов деструкции легирующего агента. Над проектом трудились специалисты из Университета Конкордия, Канадского национального института научных исследований (INRS) и Йоркского университета.

Органические полупроводники традиционно привлекают индустрию как перспективная база для создания ультралегких, эластичных и печатных схем. Их интеграция в виде тончайших пленок ограничена из-за умеренной электропроводности. Традиционно этот показатель наращивают посредством легирования — внедрения акцепторных или донорных молекул, генерирующих свободные носители. Тем не менее, по мере развертывания реакции результативность этого приема стремительно падает.

Технология DAD обходит данное препятствие оригинальным способом. Как только происходит перенос электрона, молекула-легирующий агент распадается на побочные компоненты, которые самоустраняются из дальнейшего взаимодействия. Это освобождает пространство для следующих молекул, способных беспрепятственно передавать заряд полупроводниковой матрице, минуя барьеры, свойственные старым методикам.

В ходе испытаний исследователи задействовали полимер P3HT в качестве полупроводниковой основы и трис(пентафторфенил)боран (BCF) в роли легирующего компонента. После выполнения своей задачи BCF инициировал реакцию распада, а сам материал продемонстрировал впечатляющий скачок электропроводности. В ряде конфигураций концентрацию подвижных зарядов удалось поднять ровно на два порядка.

Для верификации физико-химического механизма эксперты применили комплекс аналитических инструментов, охватывающий спектроскопию (оптическую и электронную), ядерный магнитный резонанс, калориметрию, а также масштабное компьютерное моделирование. Эмпирические данные полностью подтвердились теоретическими прогнозами.

По мнению авторов проекта, открытие кардинально трансформирует парадигму проектирования легирующих соединений. Ключевым критерием становится не только способность молекулы отдавать заряд, но и сценарий ее поведения после этого акта. Своевременное «самоустранение» агента позволяет продлить полезную реакцию и многократно повысить ее общую эффективность.

Источник: iXBT