Organische elektronica, ook wel plastic elektronica genoemd, omvat het gebruik van organische materialen (op koolstof gebaseerde verbindingen) in elektronische apparaten. Een belangrijke uitdaging in de organische elektronica is het creëren van stabiele en efficiënte elektrische contacten tussen organische halfgeleiders en metaalelektroden. Hier zijn twee belangrijke benaderingen om dit te bereiken:

1. Ohmse contacten:

- Ohmse contacten worden gekenmerkt door een lineair verband tussen stroom en spanning, wat wijst op een lage weerstand op de interface.

- Om ohmse contacten met organische halfgeleiders te bereiken, moet de werkfunctie van de metalen elektrode (energieverschil tussen het Fermi-niveau en het vacuümniveau) overeenkomen met de ionisatie-energie van het organische materiaal (de energie die nodig is om een ​​elektron te verwijderen uit de hoogst bezette moleculaire orbitaal ).

- Metalen met geschikte werkfuncties, zoals goud, zilver of indiumtinoxide (ITO), worden voor dit doel vaak gebruikt.

- Oppervlaktebehandelingen of dunne tussenlagen, zoals zelfassemblerende monolagen of metaaloxiden, kunnen worden geïntroduceerd om de contactweerstand te verbeteren.

2. Schottky-contacten:

- Schottky-contacten worden gevormd wanneer een metaal met een hogere werkfunctie wordt afgezet op een organische halfgeleider, wat resulteert in een gelijkrichtende (niet-lineaire) stroom-spanningsrelatie.

- Op het grensvlak worden elektronen uit het organische materiaal overgebracht naar het metaal, waardoor een uitputtingsgebied en een ingebouwde potentiële barrière ontstaat.

- Deze barrière maakt de vorming van Schottky-diodes en transistors mogelijk.

- Om de hoogte van de Schottky-barrière te controleren en de prestaties van het apparaat te verbeteren, kunnen grenslaaglagen of doteermiddelen worden opgenomen.

Aanvullende technieken:

Naast deze fundamentele benaderingen zijn hier enkele aanvullende technieken die worden gebruikt om het contact tussen koolstofverbindingen en metaal in organische elektronica te verbeteren:

- Metallisatie: Het behandelen van organische oppervlakken met metaalvoorlopers en het onderwerpen ervan aan thermisch uitgloeien kan de metaal-organische binding verbeteren en robuustere contacten vormen.

- Plasmabehandelingen: Het blootstellen van organische oppervlakken aan plasma kan de oppervlaktechemie wijzigen, waardoor een betere metaalhechting mogelijk wordt.

- Hefkrachtbevorderaars: Het gebruik van hechtingsbevorderende lagen, zoals poly(3,4-ethyleendioxythiofeen) polystyreensulfonaat (PEDOT:PSS), kan zorgen voor een sterke mechanische binding tussen de organische halfgeleider en het metaal.

- Doping: Het introduceren van doteermiddelen, zoals alkalimetalen of metaalhalogeniden, in de organische halfgeleider kan de elektronische eigenschappen ervan wijzigen en de ladingsinjectie verbeteren.

- Nanostructurering: Het creëren van nanostructuren, zoals nanokristallen of nanodraden, kan het contactoppervlak tussen de organische halfgeleider en het metaal vergroten, waardoor de weerstand afneemt.

Conclusie:

Het maken van betrouwbare elektrische contacten tussen koolstofverbindingen en metaal is van cruciaal belang voor de vooruitgang van organische elektronica. Door zorgvuldig materialen te selecteren, de werkfuncties te optimaliseren en verschillende oppervlaktebehandelingen toe te passen, kan een efficiënte ladingsinjectie en transport worden bereikt. Deze benaderingen maken de fabricage mogelijk van hoogwaardige organische elektronische apparaten zoals zonnecellen, lichtgevende diodes en transistors. Lopend onderzoek gaat door met het onderzoeken van innovatieve methoden om de contacteigenschappen te verbeteren en het volledige potentieel van organische elektronische materialen te ontsluiten.