Los semiconductores, y nuestro dominio de ellos, nos han permitido desarrollar la tecnología que sustenta nuestra sociedad moderna. Estos dispositivos son responsables de una amplia gama de productos electrónicos, incluidas placas de circuitos, chips de computadora y sensores.
La conductancia eléctrica de los semiconductores cae entre las de los aislantes, como el caucho, y los conductores, como el cobre. Al dopar los materiales con diferentes impurezas, los científicos pueden controlar las propiedades eléctricas de un semiconductor. Esto es lo que los hace tan útiles en la electrónica.
Los científicos e ingenieros han estado explorando nuevos tipos de semiconductores con propiedades atractivas que podrían dar lugar a innovaciones revolucionarias. Una clase de estos nuevos materiales son los semiconductores orgánicos OSC, que se basan en carbono en lugar de silicio. Los OSC son más ligeros y más flexiblesque sus contrapartes convencionales, propiedades que se prestan a todo tipo de aplicaciones potenciales, como la electrónica flexible, por ejemplo.
En 2014, el profesor Thuc-Quyen Nguyen de la Universidad de California en Santa Bárbara y su laboratorio informaron por primera vez sobre el dopaje de OSC utilizando ácidos de Lewis para aumentar la conductancia de algunos polímeros semiconductores; sin embargo, nadie sabía por qué este aumento ocurrió hasta ahora.
A través de un esfuerzo de colaboración, Nguyen y sus collages han analizado este mecanismo, y su descubrimiento inesperado promete otorgarnos un mayor control sobre estos materiales. El trabajo fue apoyado por el Departamento de Energía y los hallazgos aparecen en la revista Materiales de la naturaleza .
Los investigadores de la Universidad de California en Santa Bárbara colaboraron con un equipo internacional de la Universidad de Kentucky, la Universidad Humboldt de Berlín y la Universidad de Donghua en Shanghái. "El mecanismo de dopaje con ácidos de Lewis es único y complejo; por lo tanto, requiere un esfuerzo de equipo", Nguyenexplicado.
"De eso se trata este documento", dijo el autor principal Brett Yurash, un candidato doctoral en el laboratorio de Nguyen, "descubriendo por qué agregar este químico al semiconductor orgánico aumenta su conductividad".
"La gente pensó que era solo el ácido de Lewis que actuaba sobre el semiconductor orgánico", explicó. "Pero resulta que no se obtiene ese efecto a menos que haya agua presente".
Aparentemente, el agua media una parte clave de este proceso. El ácido de Lewis toma un átomo de hidrógeno del agua y lo pasa al OSC. La carga positiva adicional hace que la molécula OSC sea inestable, por lo que un electrón de una molécula vecina migrapara cancelar la carga. Esto deja un "agujero" cargado positivamente que luego contribuye a la conductividad del material.
"El hecho de que el agua tuviera algún papel fue realmente inesperado", dijo Yurash, el autor principal del artículo.
La mayoría de estas reacciones se realizan en entornos controlados. Por ejemplo, los experimentos en la UC Santa Bárbara se realizaron en condiciones secas bajo una atmósfera de nitrógeno. No se suponía que hubiera humedad en la cámara. Sin embargo, claramente algunosla humedad había llegado a la caja con los otros materiales. "Solo se necesita una pequeña cantidad de agua para tener este efecto de dopaje", dijo Yurash.
Los científicos, ingenieros y técnicos necesitan poder controlar de forma controlable un semiconductor para que sea práctico. "Hemos dominado totalmente el silicio", dijo. "Podemos doparlo la cantidad exacta que queremos y es muy estable"En contraste, el OSC de dopaje controlable ha sido un gran desafío.
Los ácidos de Lewis en realidad son dopantes bastante estables, y los hallazgos del equipo se aplican de manera bastante amplia, más allá de los pocos OSC y ácidos que probaron. La mayor parte del trabajo de dopaje de OSC ha utilizado dopantes moleculares que no se disuelven fácilmente en muchos solventes "ácidos de Lewis, por otro lado, son solubles en solventes orgánicos comunes, baratos y disponibles en varias estructuras ", explicó Nguyen.
Comprender el mecanismo en el trabajo debería permitir a los investigadores diseñar a propósito dopantes aún mejores. "Con suerte, este será el trampolín desde el cual se lanzarán más ideas", dijo Yurash. Finalmente, el equipo espera que estas ideas ayuden a impulsar los semiconductores orgánicos hacia un comercio más ampliorealización.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Santa Bárbara . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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