0
1100
Газета Печатная версия

08.10.2019 19:27:00

Достаточно несколько молекул влаги, чтобы повысить эффективность органических полупроводников

Вода дырочку найдет

Тэги: электричество, физика, технологии


электричество, физика, технологии Фиолетовая молекула – это допинг к органическому полупроводнику (OSC).

Все знают, что есть изоляторы, например резина или полиэтилен, и проводники – медь, например, наилучший из относительно дешевых и доступных металлов. А вот диоксид кремния SiO2 – хороший изолятор, поэтому из него, как и из керамики, делают «ролики» при проведении линий электропередач. Однако при нанесении «стеклянного» слоя на кремниевую подложку SiO2 обретает свойства полупроводника, в толще которого при подключении напряжения отрицательно заряженные электроны (n) «срываются» с места, оставляя после себя положительно заряженную «дырку» (p). Возникает так называемый p‑n‑переход, полупроводимость. Этот эффект широко используется сегодня, и его можно сделать еще более эффективным, используя специальные присадки. Эту процедуру часто называют «внесением допантов», то есть внесением допинга.

Выяснилось, однако, что есть и органические полупроводники (OSC – Organic Semi Conductors), основой которых служит не кремний,  а углерод. Это открытие, сделанное японским ученым Хидэки Сиракава из токийского университета Цукуба и двумя американцами – Аланом Макдиармид и Аланом Хигером из университетов Пенсильвании в Филадельфии и Санта‑Барбары в Калифорнии, – было отмечено в 2000 году Нобелевской премией по химии.

12-13-1.jpg
Молекулы бромида калия (KBr, розовые)
отделяют графен от медной подложки.
Сверху – стило сканирующего туннельного
микроскопа. Иллюстрации Physorg
Огромный интерес к OSC со стороны промышленности и технологов связан с тем, что органические полупроводники значительно более легкие и гибкие. Это делает возможным использовать их в носимой электронике и получении электричества из тепла, генерируемого нашим телом.

В далеком 1977 году открыли, что добавление к полиацетилену летучих галогенов – йода и фтора, HF или TCNQ – тетрацианохинодиметана – способно увеличить проводимость полимера на 11 порядков. Через два года датчанин Клаус Бехгард, профессор химии Копенгагенского университета, создал первый OSC. Треть века спустя электронщики Калифорнийского университета в Санта‑Барбаре к своему удивлению выявили такой же эффект кислот, содержащих бор и алюминий в соединении с бромом и хлором, а также B(C6F5)3.

После пяти лет напряженной работы калифорнийцы сумели понять механизм благотворного действия «кислотных» допантов. Оказалось, что для этого нужны ничтожные количества обычной… воды. Опыты проводились в герметичных камерах, в атмосфере азота, что подразумевало полное отсутствие влажности. И тем не менее эффект был. Авторы статьи в журнале Nature Materials возложили «вину» на присутствие какого‑то количества молекул воды на поверхности использовавшихся материалов, до конца не высушенных.

Теперь ученые надеются использовать накопленный электронной промышленностью опыт внесения необходимых количеств допантов в кремниевые составляющие чипов, чтобы регулировать в OSC количество кислот и воды. Идет речь и о создании новых кислот с заданными свойствами и параметрами. В Санта‑Барбаре выяснили, например, что B(C6F5)3 намного лучше, чем BF3, BBr3 и AlCl3.

12-13-3.jpg
Бифениловый мостик между двумя листками
графена, подсоединенными к золотым контактам.
Много надежд возлагалось на относительно недавно открытый графен, моноатомный слой которого обладает сверхпроводимостью при комнатной температуре. Однако электроны «уходят» от своих мест постоянной локализации лишь на очень короткие расстояния. К тому же получение графенового слоя хорошего качества весьма затруднительно. Связано это с теми же электронами, которые накрепко привязывают углеродные атомы к подложке, например – медной. Для решения этой проблемы между медью и растущим графеновым листом предложено делать прокладку из молекул бромида калия (КBr).

Решение другой проблемы связано с формированием бифенил‑N‑карбазоловых мостиков (ВРС) между двумя листами графена, подсоединенных к золотым электродам. Графеновые листы находятся на подложке из диоксида кремния. Причем на поверхность подложки выведены атомы кремния, служащие для «заякоривания» вертикально и под разными углами стоящих комплексов ВРС. Атомы кремния, в свою очередь, удерживаются на поверхности SiO2 с помощью трех остатков муравьиной кислоты.


Оставлять комментарии могут только авторизованные пользователи.

Вам необходимо Войти или Зарегистрироваться

комментарии(0)


Вы можете оставить комментарии.


Комментарии отключены - материал старше 3 дней

Читайте также


КПРФ охотится на сомневающихся

КПРФ охотится на сомневающихся

Дарья Гармоненко

"Красное умное голосование" не будет похожим на систему Навального

0
950
Выставка "Густав Климт. Золото модерна"

Выставка "Густав Климт. Золото модерна"

0
1333
Искусственный интеллект – ядерное топливо будущего

Искусственный интеллект – ядерное топливо будущего

Сергей Никаноров

Новая Национальная стратегия позволит значительно увеличить технологическое лидерство страны

1
1171
Почему российские ученые опять не стали лауреатами научной премии

Почему российские ученые опять не стали лауреатами научной премии

Фантомная нобелевская боль

0
4499

Другие новости

Загрузка...
24smi.org