Пластиковые полупроводники перестали быть улицей с односторонним движением.
Около 30 лет назад было открыто, что некоторые пластики способны проводить электрический ток. С того времени ученые работают над улучшением данной группы материалов. На данный момент органические (основанные на углероде) электрокомпоненты используются в ноутбуках, автомобильных гаджетах и мп3-плеерах.
Пластик, проводящий электричество, позволяет производителям и потребителям надеяться на возникновение все больших возможностей создания дешевой, миниатюрной и гибкой электроники. Эта технология на сегодня уже доступна в ряде устройств, последними примерами которых стали плееры от Sony и Microsoft, Walkman и Zune HD соответственно, отличающиеся встроенными органическими OLED – дисплеями.
Sony Walkman
Microsoft Zune
До настоящего времени электрические цепи из органических материалов позволяли создавать ток частиц только одного вида заряда. В новом исследовании в Университете Вашингтона (University of Washington) открыли возможность проведения органическим веществом зарядов обоих, положительного и отрицательного, знаков.
«Органические полупроводники совершенствуются исследователями вот уже на протяжении примерно 20 лет. И по-прежнему у них сохраняется один недостаток: очень тяжело вынудить их проводить электроны», — звучит в заявлении Самсона Дженехе (Samson Jenekhe), профессора химической инженерии Вашингтонского университета. «Теперь же, имея полимерные полупроводники, проводящие и положительные, и отрицательные заряды, возникает возможность совершенствования и создания новых технологий. Это может во многом изменить подходы к созданию электроники».
Соавторами исследования стали докторант Феликс Ким (Felix Kim), выпускник Ксуганг Гуо (Xugang Guo) и доцент из Университета Кентукки (University of Kentucky) Марк Уотсон (Mark Watson). Спонсировалась их работа Национальным научным фондом (National Science Foundation), Департаментом энергетики (Department of Energy) и Фондом Форда (Ford Foundation).
По мнению главного автора открытия, Силиконовая долина получила свое название абсолютно обоснованно: силикон (кремний) – рабочая лошадка современной электронной индустрии.
Но он достаточно дорог и не позволяет из-за ригидности создавать гибкие устройства.
Главный недостаток современных органических полупроводников – проведение только положительных зарядов, так называемых дырок (движущиеся места, где отсутствуют электроны). В последнее десятилетие были получены несколько органических материалов, способных проводить только электроны. Но создание рабочей органической электрической цепи подразумевает тщательное покрытие одного материала другим (электронпроводящего и проводящего дырки).
«Так как органические транзисторы имеют подобные ограничения, их использование приводит к различным усложнениям производства и повышению стоимости», сообщает Дженехе.
Более чем в течение десятилетия лаборатория Дженехе была лидером в области разработок органических полупроводников, проводящих именно электроны. В последние несколько лет его группа открыла полимеры с донорными и акцепторными свойствами и тщательно подбирали электрическую прочность каждой их двух частей.
В содействии с лабораторией Уотсона в Кентукки они разработали органическую молекулу, способную проводить и положительные, и отрицательные заряды.
Открытое вещество должно позволить изготавливать органические транзисторы и другие обрабатывающие информацию устройства более простым путем, напоминающим тот, который применяется при производстве традиционных электроустройств. Ученые ожидают, что материал будет активно использоваться.
В заключение главный автор открытия сообщает, что главное – отсутствие необходимости применять два раздельных органических полупроводника и использование лишь одного материала для создания электрический цепей.
Группа ученых использовала исследуемый материал для построения транзистора идентичного кремниевому, и получены данные, что электроны и дырки проводятся веществом с достаточной скоростью.
Представленные в публикации сведения указывают на то, что достигнута максимальная производительность для однокомпонентного органического полимерного полупроводника: так электроны перемещаются от 5 до 8 раз быстрее, чем в других полимерных транзисторах, а усиление по напряжению получено большее до 2-5 раз.
Результаты, полученные в исследовании, представлены 11 августа 2009 г. в журнале «Передовые материалы» (Advanced Materials) .
