(a) Image SEM d'un nanopore avec grille métallique. L'encart montre la vue de l'angle d'inclinaison. (b) Dépôt d'une nanoparticule PTCDA dans un nanopore, et (c) une nanoparticule située dans un nanopore et prise en sandwich entre des électrodes. (d) Image SEM d'une nanoparticule dans un nanopore. (e, f) Images 3D-TEM reconstruites de la nanoparticule à l'intérieur du nanopore. Crédit :Linh-Nam Nguyen, et al. ©2013 AIP Publishing LLC
(Phys.org) —Les dispositifs semi-conducteurs organiques ont de nombreux attributs positifs, comme leur faible coût, grande flexibilité, poids léger, et la facilité de traitement. Cependant, un inconvénient des semi-conducteurs organiques est qu'ils ont généralement une faible mobilité électronique, résultant en un courant faible et une mauvaise conductivité.
Dans une nouvelle étude, des scientifiques de Taïwan ont conçu et construit un transistor à semi-conducteur organique avec une mobilité de 2 à 3 ordres de grandeur supérieure à celle des transistors à semi-conducteur organiques conventionnels. Les avantages d'une grande mobilité pourraient s'étendre à un large éventail d'applications, tels que les écrans LED organiques, cellules solaires organiques, et des transistors organiques à effet de champ.
Les chercheurs, en collaboration avec les groupes du Prof. CD Chen de l'Academia Sinica et du Prof. MT Lin de l'Université nationale de Taiwan, ont publié leur article sur le nouveau semi-conducteur organique à haute mobilité dans un récent numéro de Lettres de physique appliquée .
La principale raison de la faible mobilité des électrons dans les semi-conducteurs organiques conventionnels est la diffusion des électrons due à des défauts structurels sous la forme de joints de grains. En concevant un transistor semi-conducteur organique ne contenant qu'un seul grain, les scientifiques ont pu éviter le problème de la diffusion aux joints de grains.
Dans leurs expériences, les chercheurs ont démontré qu'un dispositif contenant une seule nanoparticule organique (pérylène tétracarboxylique dianhydride, PTCDA) intégré dans un nanopore et entouré d'électrodes atteint la valeur de mobilité électronique la plus élevée à ce jour d'un ordre de grandeur, et est de 2 à 3 ordres de grandeur plus élevé que les valeurs rapportées pour les transistors à semi-conducteurs organiques conventionnels constitués de films polycristallins. Les valeurs de mobilité du nouvel appareil sont de 0,08 cm 2 /Vs à température ambiante et 0,5 cm 2 /Vs à 80 K frais, qui se rapprochent de la mobilité intrinsèque du PTCDA.
En plus de sa grande mobilité, le nouveau transistor semi-conducteur organique offre également le rendement quantique externe le plus élevé signalé à ce jour. Les chercheurs attribuent cette propriété à l'utilisation d'une seule nanoparticule dans l'appareil, mais pour des raisons autres que la réduction de la diffusion aux joints de grains. Au lieu, la grande surface et la petite taille de la nanoparticule, résultant en une courte distance de déplacement pour les électrons, fournir l'efficacité quantique élevée. En tant que mesure de la sensibilité électrique d'un appareil à la lumière, un rendement quantique élevé est utile pour les applications d'énergie solaire.
Tout à fait, les propriétés améliorées des transistors à semi-conducteurs organiques pourraient avoir des implications de grande envergure dans les dispositifs électroniques et optoélectroniques.
« Les matériaux organiques à haute mobilité ont des applications potentielles dans les écrans flexibles tels que les diodes électroluminescentes organiques à matrice active (AMOLED) dans les smartphones commerciaux, Caméras digitales, Des téléviseurs et un écran de type papier ou un papier électronique, " Lin a dit Phys.org . "Une autre application de la matière organique à haute mobilité est de fabriquer des transistors à effet de champ pour des capteurs flexibles à grande surface tels que des capteurs de pression pour la peau artificielle électronique dans une future génération de robots."
À l'avenir, les chercheurs prévoient d'approfondir leurs recherches sur les propriétés des nanoparticules individuelles et d'autres matériaux semi-conducteurs.
"Une possibilité immédiate pour les dispositifs à nanopores fenêtrés à l'état solide est l'étude des propriétés électroniques et optoélectroniques de nanoparticules semi-conductrices uniques, " dit Lin. " En plus, nous utilisons également cette plate-forme pour explorer les propriétés de transport d'électrons perpendiculaires au plan de matériaux à couche atomique tels que les dichalcogénures de métaux de transition. L'étude du transport dépendant du spin avec des électrodes magnétiques sera un autre sujet intéressant pour l'application potentielle des dispositifs spintroniques organiques. Nous pensons que cela fournirait des informations utiles concernant les caractéristiques fondamentales de ces matériaux intéressants. »
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