Открыт новый тип органических полупроводников
Органическая электроника обычно строится на плоских молекулах — но что будет, если сделать их объемными?
Группа ученых из Института молекулярных наук и Университета SOKENDAI под руководством доцента Ясуси Сегавы синтезировала молекулы с трехмерной структурой, которые ведут себя как органические полупроводники. Идея была в том, чтобы «скрутить» плоскую молекулу, состоящую из тиофеновых колец, добавив к ней метильные группы. Это заставило молекулу изогнуться, и в твердом состоянии такие молекулы образовали трехмерную структуру, через которую может течь ток.
Органический полупроводник — материал на основе углерода, который проводит ток хуже металла, но лучше изолятора. Его используют в гибкой электронике, потому что он легкий и может работать даже на изогнутых поверхностях.
Когда из этого материала сделали транзистор, он показал подвижность дырок 1,85 × 10⁻⁴ см²/В·с — это подтвердило, что молекула действительно работает как полупроводник.
Результаты опубликованы в издании Chemical Communications.
Почему это важно
Обычно органические полупроводники делают из плоских молекул, и ток в них идет только в определенных направлениях. Из-за этого приходится тщательно контролировать, как молекулы расположены в устройстве. А если молекулы изначально изогнуты, ток может течь сразу в нескольких направлениях — это упрощает создание электроники.
Сравнение подходов
| Характеристика | Плоские молекулы | Скрученные молекулы |
|---|---|---|
| Направление тока | Одно- или двумерное | Трехмерное |
| Контроль ориентации | Строгий | Менее критичен |
Что дальше
- Можно проектировать новые материалы, где не только плоские, но и скрученные молекулы проводят ток.
- Это может решить проблему ориентации молекул в устройствах.
Такие материалы могут упростить производство гибкой электроники — например, экранов, которые можно свернуть в трубочку, или медицинских датчиков, которые облегают кожу. Сейчас из-за жестких требований к ориентации молекул устройства делают сложно и дорого, а трехмерные структуры снизят затраты. Еще один плюс — такие полупроводники могут быть стабильнее, потому что их свойства меньше зависят от того, как легли молекулы.
Подвижность дырок у нового материала пока низкая (1,85 × 10⁻⁴ см²/В·с) — для практического применения нужно хотя бы 0,1–1 см²/В·с. Возможно, проблема в том, что метильные группы не только скручивают молекулу, но и мешать эффективному переносу заряда.
Ранее ученые открыли новый полупроводник с кристаллической решеткой в виде японского узора.
