Een onderzoeksteam van het Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST), Zuid-Korea heeft hoogwaardige organische fototransistoren (OPT's) ontwikkeld op basis van enkelkristallijne n-kanaals organische nanodraden. Het onderzoek is onlangs gepubliceerd in Geavanceerde functionele materialen .

Fototransistoren zijn transistoren waarin de intensiteit van invallend licht de ladingsdragerdichtheid in het kanaal kan moduleren. In vergelijking met conventionele fotodiodes, fototransistoren maken een eenvoudigere regeling van de lichtdetectiegevoeligheid mogelijk zonder problemen zoals de ruistoename. Echter, daten, het onderzoek heeft zich voornamelijk gericht op dunne-film OPT's, en OPT's op nanoschaal zijn nauwelijks gerapporteerd.

OPT's hebben veel intrinsieke voordelen ten opzichte van hun anorganische tegenhangers, zoals de chemische afstembaarheid van opto-elektronische eigenschappen door moleculair ontwerp en een hoog potentieel tegen lage kosten, lichtgewicht, flexibele toepassingen.

Monokristallijne nano-/microdraden (NWs/MWs) op basis van organische halfgeleiders hebben de laatste tijd veel belangstelling getrokken omdat ze veelbelovende bouwstenen zijn voor verschillende elektronische en opto-elektronische toepassingen. Vooral, OPT's op basis van enkelkristallijne NW's/MW's kunnen een hogere lichtgevoeligheid opleveren dan hun bulktegenhangers. In aanvulling, hun eendimensionale, intrinsiek defectvrije en sterk geordende natuur zal een dieper begrip mogelijk maken van de fundamentele mechanismen van ladingsopwekking en transport in OPT's, terwijl het een bottom-up fabricage van opto-elektronische nanodevices mogelijk maakt.

Prof. Joon Hak Oh en Hojeong Yu, werkzaam bij UNIST, samen met Prof. Zhenan Bao aan de Stanford University, VS, hebben gewerkt aan n-kanaals enkelkristallijne nanodraad-organische fototransistoren (NW-OPT's) en hebben een significante verbetering waargenomen in de mobiliteit van ladingsdragers van NW-OPT's.

Prof. Oh zei, "De ontwikkeling van OPT's op basis van n-kanaals monokristallijne organische halfgeleidende NW's / MW's is zeer wenselijk voor de bottom-up fabricage van complementaire metaaloxidehalfgeleider (CMOS) -achtige foto-elektronische circuits, die verschillende voordelen biedt, zoals een hoge operationele stabiliteit, eenvoudige regeling van fotoschakelspanningen, hoge lichtgevoeligheid en responsiviteit."

De foto-elektronische kenmerken van de monokristallijne NW-OPT's, zoals de fotoresponsiviteit, de foto-schakelverhouding, en de fotogeleidende versterking, werden geanalyseerd op basis van de IV-kenmerken in combinatie met lichtbestraling en vergeleken met die van vacuüm-gedeponeerde dunne-filmapparaten. De externe kwantumefficiënties (EQE's) werden ook onderzocht voor de NW-OPT's en dunnefilm-OPT's. In aanvulling, ze berekenden de ladingsaccumulatie en afgiftesnelheden van diepe vallen, en onderzochten de effecten van invallend licht op hun foto-elektronische eigenschappen.

Een mobiliteitsverbetering wordt waargenomen wanneer de invallende optische vermogensdichtheid toeneemt en de golflengte van de lichtbron overeenkomt met het lichtabsorptiebereik van het fotoactieve materiaal. De fotoschakelverhouding is sterk afhankelijk van de invallende optische vermogensdichtheid, terwijl de fotoresponsiviteit meer afhankelijk is van het afstemmen van de golflengte van de lichtbron op het maximale absorptiebereik van het fotoactieve materiaal.

NW-OPT's op basis van n-kanaals halfgeleider, N, N ′-bis(2-fenylethyl)-peryleen-3, 4:9, 10-tetracarbonzuurdiimide (BPE-PTCDI), vertoonden veel hogere externe kwantumefficiëntie (EQE) -waarden (≈7900 keer groter) dan dunne-film OPT's, met een maximale EQE van 263 000%. Dit fenomeen was het gevolg van de intrinsiek defectvrije eenkristallijne aard van de BPE-PTCDI NW's. In aanvulling, er werd een aanpak bedacht om het ladingstransportgedrag te analyseren met behulp van ladingsaccumulatie / -afgiftesnelheden van diepe vallen onder aan / uit-schakelen van externe lichtbronnen.

"Onze benadering van berekeningen van ladingsaccumulatie / afgiftesnelheid zou een fundamenteel begrip kunnen opleveren over variaties in ladingsdragerdichtheid onder lichte bestraling, die vervolgens een diepgaande studie van OPT's mogelijk maakt, " zei prof. Oh, "Daarom zijn organische enkelkristallijne NW-OPT's een veelbelovend alternatief voor conventionele dunne-film-type fotodiodes, en kan effectief de weg vrijmaken voor miniaturisatie van opto-elektronische apparaten."