Les semi-conducteurs, et notre maîtrise de ceux-ci, nous ont permis de développer la technologie qui sous-tend notre société moderne. Ces appareils sont responsables d'une large gamme d'électronique, y compris les circuits imprimés, puces informatiques et capteurs.

La conductance électrique des semi-conducteurs se situe entre celles des isolants, comme le caoutchouc, et conducteurs, comme le cuivre. En dopant les matériaux avec différentes impuretés, les scientifiques peuvent contrôler les propriétés électriques d'un semi-conducteur. C'est ce qui les rend si utiles en électronique.

Les scientifiques et les ingénieurs ont exploré de nouveaux types de semi-conducteurs dotés de propriétés attrayantes qui pourraient déboucher sur des innovations révolutionnaires. Une classe de ces nouveaux matériaux est les semi-conducteurs organiques (OSC), qui sont à base de carbone plutôt que de silicium. Les OSC sont plus légers et plus flexibles que leurs homologues conventionnels, des propriétés qui se prêtent à toutes sortes d'applications potentielles, comme l'électronique flexible, par exemple.

En 2014, Le professeur Thuc-Quyen Nguyen de l'UC Santa Barbara et son laboratoire ont d'abord signalé le dopage des OSC à l'aide d'acides de Lewis pour augmenter la conductance de certains polymères semi-conducteurs; cependant, personne ne savait pourquoi cette augmentation s'est produite jusqu'à présent.

Grâce à un effort de collaboration, Nguyen et ses collages ont analysé ce mécanisme, et leur découverte inattendue promet de nous accorder un plus grand contrôle sur ces matériaux. Le travail a été soutenu par le ministère de l'Énergie et les résultats apparaissent dans la revue Matériaux naturels .

Des chercheurs de l'UC Santa Barbara ont collaboré avec une équipe internationale de l'Université du Kentucky, Université Humboldt de Berlin et Université Donghua de Shanghai. "Le mécanisme de dopage utilisant les acides de Lewis est unique et complexe; par conséquent, cela demande un travail d'équipe, " expliqua Nguyen.

"C'est de cela que traite cet article, " a déclaré l'auteur principal Brett Yurash, un doctorant au laboratoire de Nguyen, « Découvrir pourquoi l'ajout de ce produit chimique au semi-conducteur organique augmente sa conductivité. »

"Les gens pensaient que c'était juste l'acide de Lewis agissant sur le semi-conducteur organique, " expliqua-t-il. " Mais il s'avère que vous n'obtenez pas cet effet à moins que de l'eau ne soit présente. "

Apparemment, l'eau joue un rôle clé dans ce processus. L'acide de Lewis attrape un atome d'hydrogène de l'eau et le transmet à l'OSC. La charge positive supplémentaire rend la molécule OSC instable, ainsi un électron d'une molécule voisine migre pour annuler la charge. Cela laisse un "trou" chargé positivement qui contribue ensuite à la conductivité du matériau.

"Le fait que l'eau ait un rôle quelconque était vraiment inattendu, " dit Yurash, l'auteur principal du journal.

La plupart de ces réactions sont effectuées dans des environnements contrôlés. Par exemple, les expériences à l'UC Santa Barbara ont été menées dans des conditions sèches sous atmosphère d'azote. Il n'y avait pas du tout d'humidité dans la chambre. Cependant, clairement, de l'humidité s'était infiltrée dans la boîte avec les autres matériaux. « Il suffit d'une toute petite quantité d'eau pour avoir cet effet dopant, " dit Yurash.

Scientifiques, les ingénieurs et les techniciens doivent être capables de doper de manière contrôlée un semi-conducteur pour que cela soit pratique. "Nous maîtrisons totalement le silicium, " a-t-il dit. " On peut le doper exactement comme on veut et c'est très stable. " En revanche, le dopage contrôlable des OSC a été un énorme défi.

Les acides de Lewis sont en fait des dopants assez stables, et les conclusions de l'équipe s'appliquent assez largement, au-delà des quelques OSC et acides qu'ils ont testés. La plupart des travaux de dopage de l'OSC ont utilisé des dopants moléculaires qui ne se dissolvent pas facilement dans de nombreux solvants "Les acides de Lewis, d'autre part, sont solubles dans les solvants organiques courants, pas cher, et disponible dans diverses structures, " expliqua Nguyen.

Comprendre le mécanisme à l'œuvre devrait permettre aux chercheurs de concevoir à dessein des dopants encore meilleurs. "Ce sera, espérons-le, le tremplin à partir duquel plus d'idées seront lancées, " dit Yurash. En fin de compte, l'équipe espère que ces informations aideront à pousser les semi-conducteurs organiques vers une réalisation commerciale plus large.