Organiska halvledare möjliggör tillverkning av storskaliga tryckta och mekaniskt flexibla elektronikapplikationer, och har redan framgångsrikt etablerat sig på marknaden för displayer i form av organiska lysdioder (OLED). För att ta sig in i andra marknadssegment, förbättringar av prestanda behövs fortfarande.

Inom halvledarteknik, "dopning" hänvisar till det riktade införandet av föroreningar (även kallade dopämnen) i halvledarmaterialet i en integrerad krets. Dessa dopämnen fungerar som avsiktliga "störningar" i halvledaren som kan användas för att styra laddningsbärarnas specifika beteende och därmed den elektriska ledningsförmågan hos originalmaterialet. Även den minsta mängden dopämnen kan ha en mycket stark inverkan på den elektriska ledningsförmågan. Molekylär dopning är en integrerad del av de flesta kommersiella tillämpningar för organisk elektronik. Tills nu, dock, en otillräcklig grundläggande fysisk förståelse för transportmekanismerna för laddningar i dopade organiska halvledare har förhindrat ytterligare ökningar av konduktiviteten för att matcha de bästa halvledarna som kisel.

Forskare från Dresden Integrated Center for Applied Physics and Photonic Materials (IAPP) och Center for Advancing Electronics Dresden (CFAED) vid TU Dresden, i samarbete med Stanford University och Institute for Molecular Science i Okazaki, har nu identifierat nyckelparametrar som påverkar elektrisk ledningsförmåga i dopade organiska ledare. Kombinationen av experimentella undersökningar och simuleringar har avslöjat att införande av dopningsmolekyler i organiska halvledare skapar komplex av två motsatt laddade molekyler. Egenskaperna hos dessa komplex, som Coulomb -attraktionen och komplexens densitet, avsevärt bestämma energibarriärerna för transport av laddningsbärare och därmed nivån på elektrisk ledningsförmåga. Identifieringen av viktiga molekylära parametrar utgör en viktig grund för utvecklingen av nya material med ännu högre konduktivitet.

Resultaten av denna studie har precis publicerats i Naturmaterial . Medan det experimentella arbetet och en del av simuleringarna utfördes vid IAPP, Computational Nanoelectronics Group vid CFAED under ledning av Dr. Frank Ortmann verifierade de teoretiska förklaringarna till observationerna med hjälp av simuleringar på molekylär nivå. Genom att göra så, forskarna har skapat en omfattande grund för nya tillämpningar för organisk halvledarteknologi.