نیمه هادی ها پایه و اساس تمام الکترونیک مدرن هستند. اکنون، محققان دانشگاه لینکوپینگ، سوئد، روش جدیدی ابداع کرده‌اند که در آن نیمه‌هادی‌های آلی می‌توانند با کمک هوا به‌عنوان ماده ناخالص، رساناتر شوند گامی مهم به سوی نیمه هادی های آلی ارزان و پایدار آینده است.
سیمون فابیانو، دانشیار دانشگاه لینکوپینگ، می گوید: “ما معتقدیم که این روش می تواند به طور قابل توجهی بر روشی که ما نیمه هادی های آلی را القا می کنیم، تاثیر بگذارد. همه اجزا مقرون به صرفه، به راحتی در دسترس و به طور بالقوه سازگار با محیط زیست هستند، که پیش نیازی برای الکترونیک پایدار آینده است.”
نیمه هادی های مبتنی بر پلاستیک رسانا به جای سیلیکون کاربردهای بالقوه زیادی دارند. از جمله، نیمه هادی های آلی را می توان در نمایشگرهای دیجیتال، سلول های خورشیدی، LED ها، حسگرها، ایمپلنت ها و برای ذخیره انرژی استفاده کرد.
برای افزایش رسانایی و اصلاح خواص نیمه هادی، معمولاً به اصطلاح ناخالصی ها معرفی می شوند. این افزودنی ها حرکت بارهای الکتریکی را در مواد نیمه هادی تسهیل می کنند و می توانند برای القای بارهای مثبت (p-doping) یا منفی (n-doping) طراحی شوند. رایج ترین آلاینده هایی که امروزه استفاده می شوند اغلب یا بسیار واکنش پذیر (ناپایدار)، گران قیمت، تولید چالش برانگیز یا هر سه هستند.
اکنون، محققان دانشگاه لینشوپینگ یک روش دوپینگ ابداع کرده‌اند که می‌تواند در دمای اتاق انجام شود، جایی که مواد ناخالص ناکارآمد مانند اکسیژن ناخالصی اولیه هستند و نور فرآیند دوپینگ را فعال می‌کند.
سیمون فابیانو می‌گوید: “رویکرد ما از طبیعت الهام گرفته شده است، زیرا برای مثال شباهت‌های زیادی با فتوسنتز دارد. در روش ما، نور یک فوتوکاتالیست را فعال می‌کند، که سپس انتقال الکترون را از یک ناخالصی معمولی ناکارآمد به مواد نیمه‌رسانای آلی تسهیل می‌کند.”
روش جدید شامل فرو بردن پلاستیک رسانا در محلول نمک مخصوص – یک فوتوکاتالیست – و سپس روشن کردن آن با نور برای مدت کوتاهی است. مدت زمان روشنایی میزان دوپ شدن مواد را تعیین می کند. پس از آن، محلول برای استفاده در آینده بازیابی می شود و یک پلاستیک رسانا دوپ شده با p باقی می ماند که تنها ماده مصرف شده در آن اکسیژن موجود در هوا است.
این امکان پذیر است زیرا فوتوکاتالیست به عنوان یک “شاتل الکترون” عمل می کند، الکترون ها را می گیرد یا آنها را به مواد در حضور اکسیدان ها یا احیا کننده های ضعیف قربانی می گیرد. این در شیمی رایج است اما قبلاً در الکترونیک آلی استفاده نشده است.
ترکیب p-doping و n-doping در یک واکنش نیز امکان پذیر است، که کاملاً منحصر به فرد است. این امر تولید دستگاه های الکترونیکی را ساده می کند، به ویژه آنهایی که در آنها به نیمه هادی های p-doped و n-doped نیاز است، مانند ژنراتورهای ترموالکتریک. سیمونه فابیانو می‌گوید: «همه قطعات را می‌توان به‌طور همزمان تولید کرد و به‌جای یک‌به‌یکی دوپینگ‌سازی کرد.»
نیمه هادی های آلی دوپ شده رسانایی بهتری نسبت به نیمه هادی های سنتی دارد و می توان فرآیند را افزایش داد. سیمون فابیانو و گروه تحقیقاتی او در آزمایشگاه الکترونیک ارگانیک در اوایل سال 2024 نشان دادند که چگونه پلاستیک های رسانا را می توان از حلال های دوستدار محیط زیست مانند آب پردازش کرد. این قدم بعدی آنهاست
سیمون فابیانو، عضو آکادمی والنبرگ، می گوید: “ما در ابتدای تلاش برای درک کامل مکانیسم پشت آن و سایر زمینه های کاربردی بالقوه هستیم. اما این یک رویکرد بسیار امیدوارکننده است که نشان می دهد دوپینگ فوتوکاتالیستی سنگ بنای جدیدی در الکترونیک آلی است.”
Materials provided by Linköping University. Original written by Anders Törneholm. Note: Content may be edited for style and length.
