Halfgeleiders - en onze beheersing ervan - hebben ons in staat gesteld de technologie te ontwikkelen die aan onze moderne samenleving ten grondslag ligt. Deze apparaten zijn verantwoordelijk voor een breed scala aan elektronica, inclusief printplaten, computerchips en sensoren.

De elektrische geleidbaarheid van halfgeleiders valt tussen die van isolatoren, zoals rubber, en dirigenten, zoals koper. Door de materialen met verschillende onzuiverheden te doteren, wetenschappers kunnen de elektrische eigenschappen van een halfgeleider regelen. Dit is wat ze zo nuttig maakt in de elektronica.

Wetenschappers en ingenieurs hebben nieuwe soorten halfgeleiders onderzocht met aantrekkelijke eigenschappen die tot revolutionaire innovaties zouden kunnen leiden. Een klasse van deze nieuwe materialen zijn organische halfgeleiders (OSC's), die zijn gebaseerd op koolstof in plaats van silicium. OSC's zijn lichter en flexibeler dan hun conventionele tegenhangers, eigenschappen die zich lenen voor allerlei mogelijke toepassingen, zoals flexibele elektronica, bijvoorbeeld.

In 2014, Professor Thuc-Quyen Nguyen van UC Santa Barbara en haar laboratorium rapporteerden voor het eerst over doping van OSC's met behulp van Lewis-zuren om de geleiding van sommige halfgeleidende polymeren te verhogen; echter, niemand wist tot nu toe waarom deze stijging plaatsvond.

Door een gezamenlijke inspanning, Nguyen en haar collages hebben dit mechanisme ontleed, en hun onverwachte ontdekking belooft ons meer controle over deze materialen te geven. Het werk werd ondersteund door het ministerie van Energie en de bevindingen verschijnen in het tijdschrift Natuurmaterialen .

Onderzoekers van UC Santa Barbara werkten samen met een internationaal team van de Universiteit van Kentucky, Humboldt Universiteit van Berlijn en Donghua Universiteit in Shanghai. "Het dopingmechanisme met Lewis-zuren is uniek en complex; daarom het vereist een teaminspanning, ' legde Nguyen uit.

"Daar gaat deze krant over, " zei hoofdauteur Brett Yurash, een promovendus in het lab van Nguyen, "uitzoeken waarom het toevoegen van deze chemische stof aan de organische halfgeleider de geleidbaarheid verhoogt."

"Mensen dachten dat het alleen het Lewis-zuur was dat op de organische halfgeleider inwerkte, "legde hij uit. "Maar het blijkt dat je dat effect niet krijgt tenzij er water aanwezig is."

Blijkbaar, water bemiddelt een belangrijk onderdeel van dit proces. Het Lewis-zuur pakt een waterstofatoom uit het water en geeft dit door aan de OSC. De extra positieve lading maakt het OSC-molecuul onstabiel, dus een elektron van een naburig molecuul migreert om de lading op te heffen. Dit laat een positief geladen "gat" achter dat vervolgens bijdraagt ​​aan de geleidbaarheid van het materiaal.

"Het feit dat water een rol speelde, was echt onverwacht, " zei Yurasj, hoofdauteur van de krant.

De meeste van deze reacties worden uitgevoerd in gecontroleerde omgevingen. Bijvoorbeeld, de experimenten aan UC Santa Barbara werden uitgevoerd in droge omstandigheden onder een stikstofatmosfeer. Er mocht helemaal geen vochtigheid in de kamer zijn. Echter, duidelijk dat er wat vocht in de doos was gekomen met de andere materialen. "Er is maar een kleine hoeveelheid water nodig om dit dopingeffect te hebben, ' zei Yuras.

wetenschappers, ingenieurs en technici moeten een halfgeleider controleerbaar kunnen doteren om praktisch te zijn. "We hebben silicium volledig onder de knie, "zei hij. "We kunnen het precies zo doseren als we willen en het is erg stabiel." het controleerbaar dopen van OSC's was een enorme uitdaging.

Lewis-zuren zijn eigenlijk vrij stabiele doteermiddelen, en de bevindingen van het team zijn vrij algemeen van toepassing, verder dan alleen de paar OSC's en zuren die ze hebben getest. Bij het meeste OSC-dopingwerk zijn moleculaire doteermiddelen gebruikt die niet gemakkelijk oplossen in veel oplosmiddelen "Lewis-zuren, anderzijds, zijn oplosbaar in gewone organische oplosmiddelen, goedkoop, en verkrijgbaar in verschillende structuren, ' legde Nguyen uit.

Het begrijpen van het mechanisme dat aan het werk is, zou onderzoekers in staat moeten stellen om doelbewust nog betere doteermiddelen te ontwerpen. "Dit wordt hopelijk de springplank van waaruit meer ideeën ontstaan, " zei Yurash. Uiteindelijk, het team hoopt dat deze inzichten helpen om organische halfgeleiders naar een bredere commerciële realisatie te duwen.