Language
Country/Area
No result found
Что такое молекулярные кристаллы и почему они так важны в органических полупроводниках?
Молекулярные кристаллы — это твердые тела, образованные путем укладки ковалентно связанных молекул, большинство из которых состоят из атомов углерода и водорода, а иногда также содержат посторонние атомы, такие как азот, сера и кислород. В органических полупроводниках структура материала тесно связана с его функцией и является важной основой современных технологий. Эти молекулярные кристаллы могут существовать в виде кристаллических или аморфных пленок и обычно непроводящие, но могут стать полупроводниками при определенных условиях (таких как инжекция заряда с электродов, легирование или фотовозбуждение).
Молекулярные кристаллы обычно имеют ширину запрещенной зоны от 2,5 до 4 электронвольт, что означает, что при отсутствии приложенного электрического поля они ведут себя по сути как изоляторы.
В общем случае электрические свойства органических полупроводников определяются их молекулярной структурой. В частности, подвижность носителей заряда в этих молекулярных кристаллах в основном зависит от инжектированных носителей заряда, тогда как их свойства проводимости обычно обусловлены фотовозбуждением или напряжением, приложенным к электродам. Поэтому глубокое понимание свойств молекулярных кристаллов имеет решающее значение для улучшения характеристик органических полупроводников. Историческая справка
Историю исследований молекулярных кристаллов можно проследить до 19 века. В 1862 году Генри Литерби открыл материал, который был частично проводящим, и который, как предполагалось, был полианилином. В 1950-х годах исследователи обнаружили, что полициклические ароматические соединения образуют полупроводниковые комплексы с переносом заряда с галогенами, что еще раз подтвердило способность органических соединений проводить электричество.
В 1977 году Хидео Сиракава и др. сообщили о высокой проводимости окисленного и легированного йодом полиацетилена, за что в 2000 году им была присуждена Нобелевская премия по химии.
С ростом применения органических полупроводников, различные цели, такие как органические светодиоды (OLED), солнечные элементы (OSC) и органические полевые транзисторы (OFET) были разработаны один за другим. Принципы работы этих Устройства тесно связаны с электронными свойствами органических материалов.
Применение органических полупроводников
Молекулярно-кристаллические материалы играют важную роль в электронике, особенно в оптоэлектронных устройствах. В настоящее время жесткие каркасные органические полупроводники используются не только в органических светодиодах, но и в органических солнечных элементах и органических полевых транзисторах. По сравнению с неорганическими материалами органические полупроводники обладают многими преимуществами, такими как простота изготовления, хорошая механическая гибкость и низкая стоимость.
В устройствах OLED для излучения света используется рекомбинация электронов и дырок — процесс, который особенно зависит от работы выхода электродов.
В сочетании с соответствующими материалами и технологиями органические полупроводники могут не только управлять существующими электронными продуктами, но и обладают потенциалом для создания новых функций и приложений, таких как экологически чистые биосенсоры. Эти достижения побудили представителей всех секторов к исследованиям и размышлениям относительно экологичности и многофункциональности будущих электронных продуктов.
Характеристики и классификация материалов
Органические полупроводниковые материалы включают аморфные пленки, молекулярно-легированные полимеры, молекулярные кристаллы и т. д. Каждый материал имеет различные методы производства и свойства, которые дополнительно влияют на его эксплуатационные характеристики в различных областях применения. Например, органические материалы с кристаллической структурой, как правило, обладают высокой подвижностью носителей заряда и весьма подходят для использования в качестве активных элементов в органических полевых транзисторах.
Самоорганизующиеся ароматические пептиды считаются перспективным классом биотехнологических наноразмерных полупроводников с регулируемой проводимостью и структурными свойствами.
Разнообразие этих материалов не только расширяет возможности их использования, но и оказывает существенное влияние на разработку новых органических устройств.
Механизм переноса заряда
По сравнению с предыдущими органическими кристаллами большинство современных органических полупроводников имеют определенную степень беспорядка, что усложняет процесс переноса заряда и структурную конструкцию. Из-за слабых сил Ван-дер-Ваальса между молекулами носители заряда не могут перемещаться по стабильной зоне проводимости, а вместо этого перемещаются посредством прерывистых скачков, эффективность которых часто зависит от структуры материала и внешней среды.
В результате подвижность носителей заряда в современных органических полупроводниках часто значительно ниже, чем в эквивалентных кристаллических системах.
Понимание этих механизмов имеет решающее значение для оптимизации конструкции материалов и повышения производительности устройств.
Механические свойства
Механические свойства органических полупроводников также являются важным фактором при проектировании. Модуль упругости и предел текучести определяют, как материал ведет себя при физических нагрузках. Проведение испытаний на растяжение может помочь нам понять эти характеристики, чтобы мы могли разрабатывать электронные устройства, которые будут более прочными и долговечными.
Переменная вязкоупругость делает органические полупроводники весьма перспективными для использования в носимых устройствах, поскольку они могут поглощать энергию во время приложенного напряжения, тем самым повышая долговечность.
Благодаря более глубокому пониманию свойств материалов будущие промышленные применения станут более разнообразными и инновационными.
Роль молекулярных кристаллов в органических полупроводниках пробуждает воображение людей относительно будущих технологий. Как такие технологии снова изменят наш образ жизни и взаимодействия?
