Проаналізовано легування органічних напівпровідників
Рентгенівське розсіяння показує типові відбиття решітки приймача для чистого 4T (вгорі) та P3HT (внизу) зліва. У разі сильно легованих матеріалів з’являються інші відблиски, які вказують на присутність
Органічні напівпровідники використовуються, наприклад, для сонячних батарей або світлодіодів (OLED). Досі, однак, було мало відомо про те, як “легуючі” молекули структурно інтегруються в органічні напівпровідники. Зараз це проаналізувала команда з Берлінського університету імені Гумбольдта та Берлінського центру Гельмгольца в BESSY II. Результати дивують: молекули не рівномірно розподілені в решітці хазяїна, а утворюють так звані кокристаліти з матеріалом хазяїна. Таким чином, “легований” органічний напівпровідник складається з матриці “оригінальних” кристалітів, в які вбудовані “змішані” кристаліти. Ці змішані кристаліти беруть на себе роль «легуючих» молекул.
Наша сучасна напівпровідникова технологія заснована на кремнії, неорганічному напівпровідниковому матеріалі, легованому сторонніми атомами для використання в електронних компонентах. Однак органічні тверді речовини, виготовлені із спряжених молекул або полімерів, також мають напівпровідникові властивості, що дозволяють застосовувати їх в органічній електроніці. Величезний потенціал органічної електроніки було наочно продемонстровано в останні роки на прикладі світлодіодів (OLED).
Гостьові молекули в решітці хазяїна
Наприклад, оліготіофен (4T) і політіофен (P3HT), два типові органічні напівпровідники, можуть бути “леговані” молекулою другого типу, сильним акцептором електронів (F4TCNQ), і тим самим конкретно впливати на їх провідність. Однак, як ці гостьові молекули структурно інтегровані в решітку хазяїна органічних напівпровідників, досі було навряд чи відомо. Тому, аналогічно неорганічним напівпровідникам, до цього часу завжди передбачалось однорідне розподіл.
Примітки щодо особливих особливостей
Міжнародна група, очолювана спільною дослідницькою групою “Молекулярні системи” при HZB та Берлінському університеті Гумбольдта, тепер змогла показати, що це не стосується ні оліготіофену, ні політіофену. Група навколо Dr. Інго Зальцманн та проф. Раніше Норберт Кох експериментально та теоретично аналізував, як легування органічних напівпровідників впливає на їх електронну структуру і, отже, на їх провідність, використовуючи інші системи. Це призвело до вказівки на особливі особливості цього класу матеріалів, в яких гібридизація молекулярних орбіталей відіграє ключову роль.
Зразки з різною кількістю допінгу
Тому вони створили серію різних легованих органічних тонких плівок і дослідили ці зразки за допомогою дифракції рентгенівських променів на променевій лінії КМС-2, яку Dr. Даніель Тоббенс доглядає. Це дозволило їм точно визначити кристалічну структуру залежно від сили легування.
Кокристаліти як "легуючі речовини"
Їх результати показали, як для 4T, так і для P3HT, що гостьові молекули - на відміну від очікуваного - аж ніяк не рівномірно інтегровані в приймаючу решітку органічного напівпровідника. Натомість у кристалічній матриці чистого кристала утворюється друга кристалічна фаза співкристалітів господар/гість. Тепер ці кокристали виконують роль легуючої речовини замість фактичної легуючої молекули.
Розуміння дозволяє більше контролю
«Важливо більш детально зрозуміти основні процеси, пов’язані з легуванням органічних напівпровідників, - пояснює Зальцманн: - Якщо ми хочемо успішно використовувати такі матеріали в програмах, ми повинні мати можливість контролювати їх електронні властивості так само точно, як у випадку з неорганічними напівпровідниками сьогодні. . "