(Phys.org) — Organiska halvledande enheter har många positiva egenskaper, som deras låga kostnad, hög flexibilitet, lättvikt, och enkel bearbetning. Dock, en nackdel med organiska halvledare är att de i allmänhet har en låg elektronrörlighet, vilket resulterar i en svag ström och dålig konduktivitet.

I en ny studie, forskare från Taiwan har designat och byggt en organisk halvledartransistor med en rörlighet som är 2-3 storleksordningar högre än för konventionella organiska halvledartransistorer. Fördelarna med en hög mobilitet kan sträcka sig till ett brett spektrum av applikationer, såsom organiska LED -skärmar, organiska solceller, och organiska fälteffekttransistorer.

Forskarna, i ett samarbete mellan grupperna av professor CD Chen från Academia Sinica och prof. MT Lin från National Taiwan University, har publicerat sin artikel om den nya högrörliga organiska halvledaren i ett nyligen utgåva av Bokstäver i tillämpad fysik .

Den största orsaken till låg elektronrörlighet i konventionella organiska halvledare är elektronspridning på grund av strukturella defekter i form av korngränser. Genom att designa en organisk halvledartransistor som endast innehåller ett enda korn, forskarna kunde undvika problemet med spridning av korngränser.

I sina experiment, forskarna visade att en enhet som innehåller en enda organisk nanopartikel (perylentetrakarboxylsyradianhydrid, PTCDA) inbäddad i en nanopor och omgiven av elektroder uppnår det högsta elektronmobilitetsvärdet hittills med 1 storleksordning, och är 2-3 storleksordningar högre än de värden som rapporterats för konventionella organiska halvledartransistorer gjorda av polykristallina filmer. Den nya enhetens mobilitetsvärden är 0,08 cm ² /Vs vid rumstemperatur och 0,5 cm ² /Vs vid svala 80 K, som närmar sig PTCDA:s inneboende rörlighet.

Förutom sin höga rörlighet, den nya organiska halvledartransistorn erbjuder också den högsta externa kvanteffektiviteten som rapporterats hittills. Forskarna tillskriver denna egenskap till användningen av en enda nanopartikel i enheten, men av andra skäl än att minska spannmålsgränsspridningen. Istället, nanopartikelns stora yta och ringa storlek, vilket resulterar i en kort färdsträcka för elektroner, ger hög kvanteffektivitet. Som ett mått på en enhets elektriska känslighet för ljus, en hög kvanteffektivitet är användbar för solenergitillämpningar.

Sammanlagt, de förbättrade egenskaperna hos organiska halvledartransistorer kan ha långtgående konsekvenser i elektroniska och opto-elektroniska enheter.

"Högrörliga organiska material har potentiella tillämpningar i flexibla skärmar som Active Matrix Organic Light Emitting Diodes (AMOLEDs) i kommersiella smartphones, digital kameror, TV-apparater och en pappersliknande display eller ett elektroniskt papper, "Berättade Lin Phys.org . "En annan tillämpning av organiskt material med hög rörlighet är att göra fälteffekttransistorer för flexibla sensorer med stor yta, såsom trycksensorer för elektronisk konstgjord hud i en framtida generation av robotar."

I framtiden, forskarna planerar att ytterligare undersöka egenskaperna hos enskilda nanopartiklar och andra halvledande material.

"En omedelbar möjlighet för solid-state gated-nanopore-enheter är att studera elektroniska och optoelektroniska egenskaper hos enstaka halvledande nanopartiklar, " sa Lin. "Dessutom, vi använder också den här plattformen för att utforska elektrontransportegenskaperna vinkelrätt mot planet hos atomskiktsmaterial såsom dikalkogenider av övergångsmetall. Studier av spinnberoende transport med magnetelektroder kommer att vara ett annat intressant ämne för den potentiella tillämpningen för organiska spintronic-enheter. Vi tror att detta skulle ge användbar information om grundläggande egenskaper hos dessa intressanta material."

© 2013 Phys.org. Alla rättigheter förbehållna.