Les semi-conducteurs organiques de mauvaise qualité peuvent devenir des semi-conducteurs de haute qualité lorsqu'ils sont fabriqués correctement. Des chercheurs de l'Université de Linköping montrent dans un article paru dans Nature Materials que le mouvement des charges dans les appareils électroniques organiques est considérablement ralenti par des quantités infimes d'eau.

La découverte que les matières organiques, tels que les polymères, peuvent agir comme des semi-conducteurs a conduit à un prix Nobel de chimie en 2000. Depuis lors, la recherche en électronique organique a véritablement explosé, notamment à l'Université de Linköping, qui abrite des recherches de pointe dans le domaine.

Semi-conducteurs organiques, cependant, ne conduisent pas le courant aussi efficacement que, par exemple, semi-conducteurs de silicium ou d'autres matériaux inorganiques. Les scientifiques ont découvert que l'une des causes de cela est la formation de pièges dans les matériaux organiques dans lesquels les porteurs de charge se coincent. Plusieurs groupes de recherche à travers le monde ont travaillé dur pour comprendre non seulement où se trouvent les pièges, mais aussi comment les éliminer.

"Il y a des pièges dans tous les semi-conducteurs organiques, mais ils sont probablement un problème plus important dans les matériaux de type n, car ce sont généralement des semi-conducteurs plus pauvres que les matériaux de type p", dit Martijn Kemerink, professeur de physique appliquée à la Division des matériaux et dispositifs complexes de l'Université de Linköping.

Les matériaux de type p ont une charge positive et les porteurs de charge sont constitués de trous, tandis que les matériaux de type n ont des porteurs de charge sous forme d'électrons, ce qui donne au matériau une charge négative.

Martijn Kemerink et ses collègues de l'Université de Linköping ont conclu que l'eau est le méchant dans la pièce. Spécifiquement, on pense que l'eau se trouve dans des pores de taille nanométrique dans la matière organique et est absorbée par l'environnement.

"Dans un matériau de type p, les dipôles dans l'eau s'alignent avec leurs extrémités négatives vers les trous, qui est chargé positivement, et l'énergie du système complet est abaissée. On pourrait dire que les dipôles intègrent les porteurs de charge de telle sorte qu'ils ne peuvent plus aller nulle part", dit Martijn Kemerink.

Pour les matériaux de type n, l'eau s'oriente dans l'autre sens, mais l'effet est le même, la charge est piégée.

Des expériences ont été menées dans lesquelles le matériau est chauffé, pour le dessécher et faire disparaître l'eau. Cela fonctionne bien pendant un certain temps, mais le matériau réabsorbe ensuite l'eau de l'air environnant, et une grande partie de l'avantage gagné par le séchage disparaît.

"Plus il y a d'eau, plus il y a de pièges. Nous avons également montré que plus les films peuvent être fabriqués au sec, meilleurs sont les conducteurs. Les travaux théoriques de Mathieu Linares ont confirmé quantitativement nos idées sur ce qui se passait, ce qui était très satisfaisant. Notre article dans Nature Materials montre non seulement comment faire sortir l'eau, mais aussi comment s'assurer que l'eau reste à l'extérieur, afin de produire un matériau organique à conductivité stable."

Afin d'éviter la reprise d'eau dans le matériau une fois celui-ci séché, les scientifiques ont également développé un moyen d'éliminer les vides dans lesquels les molécules d'eau auraient autrement pénétré. Cette méthode est basée sur une combinaison de chauffage du matériau en présence d'un solvant organique approprié.

"Les matériaux que l'on croyait auparavant être des semi-conducteurs extrêmement pauvres peuvent à la place devenir de bons semi-conducteurs, tant qu'ils sont fabriqués dans une atmosphère sèche. Nous avons montré que les matériaux préparés à sec ont tendance à rester secs, tandis que les matériaux fabriqués en présence d'eau peuvent être séchés. Ces derniers sont, cependant, extrêmement sensible à l'eau. C'est le cas des matériaux que nous avons testés, mais rien n'indique que d'autres matériaux semi-conducteurs organiques se comportent différemment", dit Martijn Kemerink.