Les semi-conducteurs organiques permettent la fabrication d'applications électroniques imprimées et mécaniquement flexibles à grande échelle, et se sont déjà imposés avec succès sur le marché des écrans sous forme de diodes électroluminescentes organiques (OLED). Afin de percer sur d'autres segments de marché, des améliorations des performances sont encore nécessaires.

Dans la technologie des semi-conducteurs, « dopage » fait référence à l'introduction ciblée d'impuretés (également appelées dopants) dans le matériau semi-conducteur d'un circuit intégré. Ces dopants fonctionnent comme des « perturbations » intentionnelles dans le semi-conducteur qui peuvent être utilisées pour contrôler le comportement spécifique des porteurs de charge et donc la conductivité électrique du matériau d'origine. Même la plus petite quantité de dopants peut avoir une très forte influence sur la conductivité électrique. Le dopage moléculaire fait partie intégrante de la majorité des applications commerciales de l'électronique organique. Jusqu'à maintenant, cependant, une compréhension physique fondamentale insuffisante des mécanismes de transport des charges dans les semi-conducteurs organiques dopés a empêché de nouvelles augmentations de la conductivité pour correspondre aux meilleurs semi-conducteurs comme le silicium.

Des chercheurs du Dresden Integrated Center for Applied Physics and Photonic Materials (IAPP) et du Center for Advancing Electronics Dresden (CFAED) de la TU Dresden, en coopération avec l'Université de Stanford et l'Institute for Molecular Science d'Okazaki, ont maintenant identifié des paramètres clés qui influencent la conductivité électrique dans les conducteurs organiques dopés. La combinaison d'enquêtes expérimentales et de simulations a révélé que l'introduction de molécules de dopant dans des semi-conducteurs organiques crée des complexes de deux molécules de charges opposées. Les propriétés de ces complexes, comme l'attraction coulombienne et la densité des complexes, déterminer de manière significative les barrières énergétiques pour le transport des porteurs de charge et donc le niveau de conductivité électrique. L'identification de paramètres moléculaires importants constitue une base importante pour le développement de nouveaux matériaux avec une conductivité encore plus élevée.

Les résultats de cette étude viennent d'être publiés dans Matériaux naturels . Alors que les travaux expérimentaux et une partie des simulations ont été menés à l'IAPP, le Computational Nanoelectronics Group du CFAED sous la direction du Dr Frank Ortmann a vérifié les explications théoriques des observations au moyen de simulations au niveau moléculaire. Ce faisant, les chercheurs ont créé une base complète pour de nouvelles applications pour la technologie des semi-conducteurs organiques.