הקדמה: התפקיד של Doping in Organic Semiconductors

מוליכים למחצה אורגניים, המורכבים ממולקולות מבוססות פחמן או פולימרים, הפכו לחומרים חיוניים עבור אלקטרוניקה הדור הבא, בשל הגמישות שלהם, טבע קל משקל, ועיבוד זול.הם כוח אורגני אור-הפחתת דיודות (OLEDs) המשמש בתצוגה גבוהה של צפיפות dovoltaics אורגני (OPs) עבור תאים סולאריים גמישים, ו transistance-of-of-F) עבור ביצועים חשמליים סטנדרטיים של אלקטרוניקה, בדרך כלל, פונקציונליות נמוכה.

הבנה של Semiconductors

מוליכים למחצה אורגניים מאופיין על ידי מערכות מולקולריות שלהם, שבו החלפת אג"ח חד וכפליים מאפשרים דילול אלקטרונים לאורך קו השדרה תחבורה המטען מתרחשת באמצעות היפוך או התנהגות דמוית להקה בין מדינות מקומיות.ההתנהגות הפנימית היא נמוכה כי צפיפות של ספקים בתשלום חינם (אלקטרונים או חורים) היא מינימלית במאזן תרמי.

בניגוד למוליכים למחצה אורגניים (למשל, סיליקון), שבו doping מושג על ידי החלפת אטומים בלחיצות גביש קשיח, מוליכים למחצה אורגניים מסתמכים על doping מולקולרי - תוספת של מולקולות אורח אשר תורמים אלקטרונים (n-type) או לקבל אלקטרונים (p-type) הטבע המולקולרי מציג אתגרים ייחודיים, כולל חוסר התאמה, dot aggregation, ואפקטים חזקים ביותר של תכונות אלה, למרות יעילות למחצה.

מימון של Doping in Organic Semiconductors

מכניזם של העברה

ההשפעה העיקרית של doping היא להגדיל את מספר נושאת המטען החופשי. A p-type dopant (מקבלי אלקטרונים) למשוך אלקטרונים מן המסלול המולקולרי הגבוה ביותר הכבוש (HOMO) של המוליכים למחצה האורגני המארח, יצירת חור.converse dopant, n-type dopant (תורם אלקטרוני) מוסיף אלקטרון למסלול מולקולרי הנמוך ביותר (LUM) יכול לעבור דרך זרם אלקטרונים מורכבים של אלקטרוט (N-MO) תלוי בהגדרה) תלוי ב-MO-F של אלקטרוטציה של אלקטרוט (N-F) תלוי ב-ODUCT) תלוי ב-OD.

נצל את היעילות ואת מידתיותו

לא כל מולקולות דונט משולב לתרום להובלת חינם.Doping יעילות - היחס של ספקים חופשיים שנוצר למספר מולקולות dopant - הוא לעתים קרובות פחות אחדות בשל היווצרות זוג ion, מצבי מלכודות, או תשלום recombination. גורמים המשפיעים יעילות כוללים את קבוע dielectric של החומר המארח, את הגודל של ion dot, ואת מידת סדר של ביצועים מולקולריים, מדדים, שיטות פעולה מולקולאריות, או קומפלקס.

השוואה עם Doping Inorganic

במוליכים למחצה אורגניים, אטומי דונט הם תת-ממדיים ומקרינים בטמפרטורת החדר, מייצרים ספקים חופשיים. בחומרים אורגניים, dopants הם בדרך כלל ממוזגים או ממזגים, והנושאים המעולים נשארים קרוב לדחיסה, ויוצרים אזור מטען חלל מקומי.זה מוביל לאפקטים של שינוי - בריכוזים נמוכים, נושאים לכודים בסףים והופכים רק לתפקודים קריטיים.

סוגים של Doping: n-Type ו p-Type

p-Type Doping

p-Type doping הוא הגישה המלומדת והמסחרית ביותר עבור מוליכים למחצה אורגניים. אלקטרון מקבלי מקלט כגון tetrafluoro-tetracyanoodimethane (F4-TCNQ), molybdenum tris (dithiolene) קומפלקסים, ו-iodine vapor הם נפוצים p-dopants. אלה למשוך אלקטרו-retons ידועים, לדוגמה, 000 (FD) עם , 000 (D) עם מספר , 000) , 000) , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 ® (D) , 000 âxi) âx (D) âxi) âxi) ân) â â â â â â â â â â ¢ â â ¢ â â ¢ ¢ â â â â â â â â â â â â â â â ¢ ¢ â ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ â ¢ ¢

הבחירה של p-dopant תלויה ברמת HOMO של המארח. מקבלים חזקים נדרשים לחומרי HOMO עמוקים כמו שכבות אלקטרוניות רבות ב OLEDs. עם זאת, מאוד reactive dopants יכול לחדד את המארח לאורך זמן, מה שגורם מחקר חלופות אוויריות כגון מעבר תחמוצת מתכת (Mo3, V2O5) ותרכובות רדיקליות אורגניות.

N-Type Doping

N-Type doping הוא בדרך כלל מאתגר יותר כי מוליכים למחצה אורגניים נוטים להיות רגישים יותר לאלקטרון מלכודות על ידי זיהומים (למשל, חמצן ומים) נפוצים n-dopants כוללים מתכות אלקאלי (cesium, אשלגן), אבל הדחיסות הגבוהה שלהם מגבילה שימוש מעשי.n-dopants מולקולרית חזקה יותר פותחה, כגון N-DdocIcy (2cy-NPT-N)NPT-NPT-NPT-N) phenicericericericeric) phenylthylth-NPT-NPT-NPT-NPT-NPT-N.

גישה חלופית היא doping אלקטרו-כימי, שבו אלקטרודות ליישם פוטנציאל של חברות הזרקת ללא הצגת זיהומים כימיים - אם כי זה לעתים קרובות זמני. עבור מכשירים קבועים של מדינת מוצק, ננו-דפסנטים מולקולריים נדרשים.

השפעה על התנהגות חשמלית

עלייה ישירה ב-Common Concentration

(ה) [ה]ההשפעה המיידית ביותר של הדוגמת ה-Ne היא העלאת ריכוז המוביל החופשי, אשר מעלה ישירות את ההתנהלות בהתאם ליחס ⁇ =n e-mc ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

סחרחורת עם הניידות

בעוד ריכוז המוביל עולה, doping יכול להפחית את הניידות עקב פיזור משופר של זיהומים ionized והפרעה מבנית מוגברת. במערכות אורגניות רבות, ניידות יורדת עם רמת doping.אפקט נטו על מוליכות הוא לעתים קרובות מקסימלי ריכוז מינון ביניים, לאחר שהמשך מינון מוריד את המוצר × μ.

השפעות של אסטרולוגיה ומורמוולוגיה

בסרטים דקים אורגניים, dopants אינם מפוזרים באופן אחיד.הם נוטים לבודד את גבולות דגנים או ליצור אגרגנטיות.התנהגות מתפתחת עם הנצחה: ב מינון נמוך, ספקים מוגבלים לתחומים מבודדים, ו מוליכות רבה נשאר נמוך.לאחר שדחיסות דונט קריטית מגיעה, שינוי מסלולי קשר, המוביל לעלייה חדה.

המונחים: thermoelectric Consequences

עבור יבול אנרגיה תרמואלקטרית, אופטימיזציה של כוח תרמו (Seebeck coefficient) יחד עם מוליכות הוא חיוני. Doping מגביר את מוליכות אבל להפחית את ה- Seebeck coefficient.הגורם הכוח S2 ⁇ לעתים קרובות להגיע לשיא ברמת מינון שבו שני תכונות אלה איזון.הבנת מערכת יחסים זו היא ניסיון נהיגה מהנדס dopants מולקולרית כי ממזער את ההידרדרות תוך שמירה על צפיפות גבוהה.

שיטות מדידה עבור Doped Organic Semiconductors

התנהגות ואפקט הול

מדידות בדיקה של ארבעה נקודות מספקות התנגדות גיליון, שממנו מוליכות מחושבת.אפקט הול (שם שדה מגנטי גורם למתח הפוך) יכול להניב ישירות סוג נושא וצפיפות.עם זאת, אפקט הול במוליכים למחצה אורגני הוא לעתים קרובות קשה בשל ניידות נמוכה וגבולות דגנים; שיטות חלופיות כגון transistor Modistor מוליכות שדה ו Seebeckefficient מדי פעם משמשים.

Seebeck Coefficient (Thermopower)

מדדי ה-Seebeck פועלים על ידי ⁇ טמפרטורה ומצביע על המוביל הטרופיה לחיוב. בשילוב עם מוליכות, זה מאפשר estimation של רמת פרמי מופחתת ויעילות מינון.זה שימושי במיוחד עבור הזיה תרמואלקטרית ולמען ניתוק מנגנוני תחבורה.

Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy (UPS) ו- X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS)

טכניקות רגישות פני השטח אלה לחקור את צפיפות המדינות ליד רמת פרמי, שינויים החשיפה בתפקוד העבודה ואת נוכחות מינים דונט מבוזר. UPS יכול להציג ישירות את המדינות הכבושות ואת הריצוף של רמת פרמי על ידי doping, אשר מתואמים עם שיפורים התנהגות.

המונחים: infrared Spectroscopy

נושאי טעינה במוליכים למחצה אורגניים סופגים אור אינפרא אדום, המוביל לתכונות רטט ואלקטרוניות אופייניות.העוצמה של להקות ספיגה קוטביות או דו קוטביות עם רמות מינון, מתן אמצעים לא מגע כדי להעריך את ההומוגניות.

תגיות Doped Organic Semiconductors

אור אורגני - Emitting Diodes (OLEDs)

ב OLEDs, p-and-doped הזרקת שכבות משמשים כדי להפחית את התנגדות מגע ומתחים תפעוליים נמוך יותר.לדוגמה, שכבת הובלה של חור p-doped (HTL) באמצעות F4-TCNQ ב NPB (N,N-Di-Di-Di-naphthyl)-N, N-diphenyl- (1,1-biphenyl)-4,4-amine) מ-N.

Photovoltaics (OPVs)

ב- OPVs, doping משמש לשיפור החילוץ על ידי יצירת קשרים הומימיים וכדי להפחית את ההפסדים של Recombination.Doped Transport שכבות (למשל, PEDOT:PSS כשכבת הובלה של חור מסוג p-type) הם סטנדרטיים.בנוסף, מינון מולקולרי של השכבה הפעיל יכול להגביר את ההתנהגות ללא שינוי משמעותי של ספיגה קלה - איזון עדין הוא מחקר פעיל.

Transistors (OFET)

של ET דורש ניידות גבוהה נושאת עבור מעבר מהיר. doping של אזור הערוץ יכול להפחית התנגדות מגע ולשפר את זרם המדינה הנוכחי.עם זאת, מינון מופרז יכול להגדיל את ההווה ולהפחית את היחס על-ידי שליטה באמצעות שיטות כימיות או אלקטרוכימיות מפותח כדי לייעל את הביצועים עבור מעגלים לוגיים גמישים וחיישנים.

אורגני Thermoelectrics

גנרטורים ה-RMOelectric המבוססים על מוליכים למחצה אורגניים נהנים ישירות מ- doping.גורם הכוח S2 ⁇ יכול להיות משופר על ידי בחירה קפדנית של dopant ועיבוד.עבודה חדשה השיגה ערכי ZT (דמות ללא סייג) המתקרבים ל-0 ב-p-type Poly(3,4-ethylenedileneoxythiophene) (PED) והתקדמות דומה בחומרים Ntype היא ל-Riclar לכל המודולים ה-OrgicR.

אתגרים ב Doping Organic Semiconductors

יציבות אוויר

רבים של דופיפונים מסוג n ואפילו כמה p-dopants מגיבים עם חמצן או לחות, המוביל לפענוח. שמירה על התנהגות גבוהה בתנאים נוחים דורש בידוד או פיתוח של dopants Air-stable Air-stable. התקדמות אחרונה ב-n-stable N-dopants (למשל, DI נגזרות) יש שיפור יכולת מעשית.

Dopan Aggregation and Phase Separation

דופינטים יכולים להיפרד מן המארח, במיוחד בריכוזים גבוהים, יצירת איים מבודדים.זה מפחית את יעילות הפחתת השימוש ויכול להפיג את ביצועי המכשיר.טכניקות לשיפור אי-התאמה, כגון שימוש בקבוצות עטורות שאינן תואמות על פני השטח, נמצאים תחת חקירה.

שליטה על פשטות ופרופיל

במכשירי קולנוע דקים, doping הוא לעתים קרובות היעיל ביותר בממשקים.טכניקות כמו פתרון מינון (שהנחה dopant על גבי סרט מארח מראש) או חדירה vapor-phase מאפשר ⁇ doping, אשר יכול לייעל הזרקת ללא הקרבה גדולה.

אסטרטגיות עתידיות ואסטרטגיות של Doping

עיצוב של ניו מולקולרי Dopants

בדיקות חישוביות וניסויי חישוב גבוה מאיצים את התגלית של דופילים עם רמות אנרגיה אופטימליות, יציבות גבוהה ויעילות גבוהה של מינון גבוה.עיצוב piric או ion-pair dopants כי למזער פיזור נגד הוא השדרה מבטיחה.

אלקטרו-כימי ואיון-אילציה עושים

מינון אלקטרוכימי מציע שליטה דינמי, ניתוק על ריכוז המוביל, מתאים להתקני transistor וזיכרון.Ion השתלת, שנלקחה מתהליכים חצי-מוליכים למחצה אורגניים, נחקרת עבור דידקנות דיוק בסרטים אורגניים, אם כי הנזק ממושגים באנרגיה גבוהה חייב להיות מופחת.

גישות היברידיות ו- Composite

בלנדר מוליכים למחצה אורגניים עם nanostructures אורגני (למשל, גרפן, צינורות פחמן, ננו-חלקיקי מתכת) יכול לייצר אפקטים של doping nergistic, שילוב של מוליכות גבוהה עם גמישות מכנית.חומרים היברידיים אלה נלמדים יותר ויותר עבור חיישן מתקדם ומכשירי אנרגיה.

מסקנה

מינון הוא טכניקה עוצמתית שהופכת את המוליכים למחצה האורגניים של חומרים מתונים לחומרים מאוד מוליכים, המאפשרת השימוש שלהם בתצוגות גמישות, תאים סולאריים, טרנזירים, ותרמואלקטריים. ההשפעה של מינון על מוליכות חשמלית כוללת ממשק מורכב של ריכוז נושא, ניידות, מורפולוגיה, ואפקטיפטציה. על ידי הבנת המנגנונים הבסיסיים של העברה ותיקון, החוקרים יכולים לייעל ביצועים גמישים כדי להשיג שיטות עיבוד יומיומיות יותר.

(ב) לעיין ב[[המאה ה-20]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]