(Phys.org) —Organische halfgeleidende apparaten hebben veel positieve eigenschappen, zoals hun lage kosten, hoge flexibiliteit, lichtgewicht, en gemak van verwerking. Echter, een nadeel van organische halfgeleiders is dat ze over het algemeen een lage elektronenmobiliteit hebben, resulterend in een zwakke stroom en slechte geleidbaarheid.

In een nieuwe studie, wetenschappers uit Taiwan hebben een organische halfgeleidertransistor ontworpen en gebouwd met een mobiliteit die 2-3 orden van grootte hoger is dan die van conventionele organische halfgeleidertransistors. De voordelen van een hoge mobiliteit kunnen zich uitstrekken tot een breed scala aan toepassingen, zoals organische LED-displays, organische zonnecellen, en organische veldeffecttransistoren.

De onderzoekers, in een samenwerking van de groepen van Prof. CD Chen van Academia Sinica en Prof. MT Lin van National Taiwan University, hebben hun paper over de nieuwe organische halfgeleider met hoge mobiliteit gepubliceerd in een recent nummer van Technische Natuurkunde Brieven .

De grootste reden voor lage elektronenmobiliteit in conventionele organische halfgeleiders is elektronenverstrooiing als gevolg van structurele defecten in de vorm van korrelgrenzen. Door een organische halfgeleidertransistor te ontwerpen die slechts één enkele korrel bevat, de wetenschappers konden het probleem van korrelgrensverstrooiing vermijden.

In hun experimenten, toonden de onderzoekers aan dat een apparaat met een enkel organisch nanodeeltje (peryleentetracarbonzuurdianhydride, PTCDA) ingebed in een nanoporie en omgeven door elektroden bereikt de hoogste elektronenmobiliteitswaarde tot nu toe met 1 orde van grootte, en is 2-3 ordes van grootte hoger dan de waarden gerapporteerd voor conventionele organische halfgeleidertransistors gemaakt van polykristallijne films. De mobiliteitswaarden van het nieuwe apparaat zijn 0,08 cm ² /Vs bij kamertemperatuur en 0,5 cm ² /Vs bij een koele 80 K, die de intrinsieke mobiliteit van PTCDA naderen.

Naast de hoge mobiliteit, de nieuwe organische halfgeleidertransistor biedt ook de hoogste externe kwantumefficiëntie die tot nu toe is gerapporteerd. De onderzoekers schrijven deze eigenschap toe aan het gebruik van een enkel nanodeeltje in het apparaat, maar om andere redenen dan het verminderen van korrelgrensverstrooiing. In plaats daarvan, het grote oppervlak en de kleine afmetingen van het nanodeeltje, wat resulteert in een korte reisafstand voor elektronen, zorgen voor de hoge kwantumefficiëntie. Als maat voor de elektrische gevoeligheid van een apparaat voor licht, een hoog kwantumrendement is nuttig voor zonne-energietoepassingen.

Allemaal samen, de verbeterde eigenschappen van organische halfgeleidertransistors kunnen verstrekkende gevolgen hebben in elektronische en opto-elektronische apparaten.

"Hoge mobiliteit organische materialen hebben potentiële toepassingen in flexibele displays zoals Active Matrix Organic Light Emitting Diodes (AMOLED's) in commerciële smartphones, digitale fototoestellen, tv's en een papierachtig display of een elektronisch papier, "Lin vertelde" Phys.org . "Een andere toepassing van organisch materiaal met hoge mobiliteit is het maken van veldeffect-transistoren voor flexibele sensoren met een groot oppervlak, zoals druksensoren voor elektronische kunsthuid in een toekomstige generatie robots."

In de toekomst, de onderzoekers zijn van plan om de eigenschappen van enkele nanodeeltjes en andere halfgeleidende materialen verder te onderzoeken.

"Een onmiddellijke mogelijkheid voor de solid-state gated-nanopore-apparaten is voor de studie van elektronische en opto-elektronische eigenschappen van enkelvoudige halfgeleidende nanodeeltjes, " zei Lin. "Bovendien, we gebruiken dit platform ook voor het onderzoeken van loodrecht op het vlak elektronentransporteigenschappen van atomaire laagmaterialen zoals overgangsmetaaldichalcogeniden. Onderzoek naar spin-afhankelijk transport met magnetische elektroden zal een ander interessant onderwerp zijn voor de mogelijke toepassing van organische spintronische apparaten. We denken dat dit nuttige informatie zou opleveren over de fundamentele kenmerken van deze interessante materialen."

© 2013 Fys.org. Alle rechten voorbehouden.