Une équipe de recherche de l'Institut national des sciences et technologies d'Ulsan (UNIST), La Corée du Sud a développé des phototransistors organiques (OPT) hautes performances basés sur des nanofils organiques monocristallins à canal n. La recherche a été publiée récemment dans Matériaux fonctionnels avancés .
Les phototransistors sont des transistors dans lesquels l'intensité lumineuse incidente peut moduler la densité de porteurs de charge dans le canal. Par rapport aux photodiodes conventionnelles, les phototransistors permettent un contrôle plus facile de la sensibilité de détection de lumière sans problèmes tels que l'incrément de bruit. Cependant, à ce jour, la recherche s'est principalement concentrée sur les OPT à couche mince, et les OPT à l'échelle nanométrique ont à peine été rapportés.
Les OPT ont de nombreux avantages intrinsèques par rapport à leurs homologues inorganiques, tels que l'accordabilité chimique des propriétés optoélectroniques par conception moléculaire et un potentiel élevé à faible coût, poids léger, applications flexibles.
Les nano-/microfils monocristallins (NW/MW) à base de semi-conducteurs organiques ont récemment suscité un grand intérêt car ils constituent des éléments de base prometteurs pour diverses applications électroniques et optoélectroniques. En particulier, Les OPT basés sur des NW/MW monocristallins peuvent donner une sensibilité à la lumière plus élevée que leurs homologues en vrac. En outre, leur unidimensionnel, la nature intrinsèquement sans défaut et hautement ordonnée permettra une meilleure compréhension des mécanismes fondamentaux de génération et de transport de charge dans les OPT, tout en permettant une fabrication ascendante de nanodispositifs optoélectroniques.
le professeur Joon Hak Oh et Hojeong Yu, travailler à l'UNIST, avec le professeur Zhenan Bao de l'Université de Stanford, ETATS-UNIS, ont travaillé sur des phototransistors organiques à nanofils monocristallins à canal n (NW-OPT) et ont observé une amélioration significative de la mobilité des porteurs de charge des NW-OPT.
Le professeur Oh a dit, « Le développement d'OPT basés sur des NW/MW semi-conducteurs organiques monocristallins à canal n est hautement souhaitable pour la fabrication ascendante de circuits photoélectroniques de type CMOS (Metal Oxide Semiconductor). qui offre divers avantages tels qu'une stabilité opérationnelle élevée, contrôle facile des tensions de photocommutation, photosensibilité et réactivité élevées."
Les caractéristiques photoélectroniques des NW-OPT monocristallins telles que la photoréactivité, le rapport de photo-commutation, et le gain photoconducteur, ont été analysés à partir des caractéristiques I-V couplées à l'irradiation lumineuse et comparées à celles de dispositifs à couche mince déposés sous vide. Les rendements quantiques externes (EQE) ont également été étudiés pour les NW-OPT et les OPT à couche mince. En outre, ils ont calculé les taux d'accumulation de charge et de libération des pièges profonds, et étudié les effets de l'intensité lumineuse incidente sur leurs propriétés photoélectroniques.
Une amélioration de la mobilité est observée lorsque la densité de puissance optique incidente augmente et que la longueur d'onde de la source lumineuse correspond à la plage d'absorption de lumière du matériau photoactif. Le rapport de photocommutation dépend fortement de la densité de puissance optique incidente, tandis que la photoréactivité dépend davantage de l'adaptation de la longueur d'onde de la source lumineuse à la plage d'absorption maximale du matériau photoactif.
NW-OPT basés sur un semi-conducteur à canal n, N, N -bis(2-phényléthyl)-pérylène-3, 4:9, diimide 10-tétracarboxylique (BPE-PTCDI), ont présenté des valeurs d'efficacité quantique externe (EQE) beaucoup plus élevées (≈7900 fois plus grandes) que les OPT à couche mince, avec une EQE maximale de 263 000%. Ce phénomène résulte de la nature monocristalline intrinsèquement sans défaut des NW BPE-PTCDI. En outre, une approche a été conçue pour analyser les comportements de transport de charge en utilisant les taux d'accumulation/libération de charge des pièges profonds sous la commutation marche/arrêt de sources lumineuses externes.
"Notre approche des calculs d'accumulation de charge/taux de libération pourrait fournir une compréhension fondamentale des variations de densité des porteurs de charge sous irradiation lumineuse, qui permet ensuite une étude approfondie des OPT, " a déclaré le professeur Oh, "Par conséquent, les NW-OPT monocristallins organiques sont une alternative très prometteuse aux photodiodes conventionnelles de type film mince, et peut effectivement ouvrir la voie à la miniaturisation des dispositifs optoélectroniques."
