A szerves félvezetők elemzett doppingolása
A röntgensugárzás a tiszta 4T (fent) és a P3HT (lent) bal oldali gazdarácsának tipikus tükröződését mutatja. Az erősen adalékolt anyagok esetében más visszatükröződések jelennek meg, amelyek jelzik a jelenlétet
Szerves félvezetőket használnak például napelemekhez vagy fénykibocsátó diódákhoz (OLED). Eddig azonban keveset tudtak arról, hogy a „dopping” molekulák hogyan épülnek fel strukturáltan a szerves félvezetőkbe. Ezt elemezte most a berlini Humboldt Egyetem és a berlini Helmholtz Központ csapata a BESSY II-nél. Az eredmények meglepőek: a molekulák nem egyenletesen oszlanak el a gazdarácsban, hanem úgynevezett ko-kristályitokat képeznek a gazdaanyaggal. Az „adalékolt” szerves félvezető tehát egy „eredeti” kristályit mátrixból áll, amelybe „vegyes” kristályok vannak beágyazva. Ezek a vegyes kristályok felveszik a „dopping” molekulák szerepét.
Modern félvezető technológiánk szilíciumon, egy szervetlen félvezető anyagon alapszik, amelyet idegen atomokkal adalékolnak az elektronikus alkatrészekhez. A konjugált molekulákból vagy polimerekből készült szerves szilárd anyagoknak azonban félvezető tulajdonságaik is vannak, amelyek lehetővé teszik a szerves elektronikában való alkalmazást. A szerves elektronika óriási potenciálját az elmúlt években világosan bemutatták a fénykibocsátó diódák (OLED) példáján keresztül.
Vendégmolekulák a gazdarácsban
Például az oligotiofén (4T) és a politiofén (P3HT), két tipikus szerves félvezető, „adalékolható” egy második típusú molekulával, egy erős elektron-akceptorral (F4TCNQ), és ezáltal külön befolyásolható a vezetőképességük szempontjából. Azt, hogy ezek a vendégmolekulák hogyan épülnek be strukturáltan a szerves félvezetők gazdarácsába, mindeddig alig ismert. Ezért a szervetlen félvezetőkhöz hasonlóan eddig mindig homogén eloszlást feltételeztek.
Megjegyzések a speciális szolgáltatásokról
A HZB és a berlini Humboldt Egyetem „Molecular Systems” közös kutatócsoportja által vezetett nemzetközi csoport mára képes volt megmutatni, hogy ez sem az oligotiofén, sem a politiofén esetében nem érvényes. A csoport körül Dr. Ingo Salzmann és Prof. Dr. Koch Norbert korábban kísérletileg és elméletileg elemezte, hogy a szerves félvezetők doppingolása hogyan befolyásolja elektronikus rendszerüket és ezáltal vezetőképességüket más rendszerek felhasználásával. Ennek eredményeként az anyagok ezen osztályának különleges jellemzői mutatkoztak, amelyekben a molekuláris pályák hibridizációja kulcsszerepet játszik.
Különböző doppingszintű minták
Ezért különféle adalékokkal ellátott szerves vékony filmek sorozatát állították elő, és ezeket a mintákat röntgendiffrakcióval vizsgálták a KMC-2 sugárvonalon, amelyet Dr. Többens Daniel gondoskodik. Ez lehetővé tette számukra, hogy pontosan meghatározzák a kristályszerkezetet az adalékolás erősségétől függően.
Ko-kristályok mint "adalékanyagok"
Eredményeik azt mutatták, mind a 4T, mind a P3HT esetében, hogy a vendégmolekulák - a várakozással éles ellentétben - semmiképpen sem integrálódnak egyenletesen a szerves félvezető gazdarácsába. Ehelyett a tiszta kristályos gazda mátrixban a gazda/vendég ko-kristályok második kristályos fázisa képződik. Ezek a társkristályok immár a doppingszer szerepét veszik át a tényleges doppingmolekula helyett.
A megértés nagyobb irányítást tesz lehetővé
"Fontos, hogy részletesebben megértsük a szerves félvezetők doppingolásával kapcsolatos alapvető folyamatokat" - magyarázza Salzmann: "Ha ezeket az anyagokat sikeresen szeretnénk felhasználni az alkalmazásokban, akkor képesnek kell lennünk ugyanolyan pontosan ellenőrizni elektronikus tulajdonságait, mint manapság a szervetlen félvezetők esetében . "