Новости перспективных технологий

Вычислительный поиск новых органических полупроводников дал отличный результат

Изображения с сайта science.compulenta.ru

Американские химики расчётными методами выделили перспективное соединение, которое было синтезировано и проявило себя как один из лучших органических полупроводников.

Основой исследования стали опубликованные четыре года назад статьи японских учёных из Университета Хиросимы, которые показали относительно простой способ получения органического полупроводника, обозначаемого как динафто[2,3-b:2′,3′-f]тиено[3,2-b]тиофен (на рисунке ниже он отмечен цифрой 1), и оценили перспективы его применения в полевых транзисторах. Как выяснилось, соединение [1] обеспечивает хорошую подвижность носителей заряда и, что важно, демонстрирует высокую устойчивость на воздухе. Последнее свойство выгодно отличает динафто[2,3-b:2′,3′-f]тиено[3,2-b]тиофен от известного и распространённого органического полупроводника пентацена.

Авторы, продолжив работу коллег, попытались отыскать производные соединения [1], которые имели бы ещё более привлекательные характеристики. Используя квантовые и молекулярно-механические модели, они протестировали семь кандидатов, а затем выбрали одно соединение (на рисунке — 2), оказавшееся самым перспективным. Синтезировать его было несложно, поскольку общую технологию уже испытали японцы.

Структуры динафто[2,3-b:2′,3′-f]тиено[3,2-b]тиофена и семи его производных (иллюстрация из журнала Nature Communications).

Сначала американцы создали на базе полученного полупроводника тонкоплёночные транзисторы с 40-нанометровым слоем [2] и золотыми электродами стока и истока. В последующих экспериментах были зарегистрированы отношение токов в открытом и закрытом состоянии, примерно равное 4•106, и средняя подвижность носителей в 0,51 ± 0,06 см2•В—1•с—1, причём шестимесячное хранение на открытом воздухе никак не сказалось на параметрах транзисторов. Указанная подвижность невелика, что объясняется недостаточно высокой степенью очистки материала.

После этого учёные приступили к испытаниям полевых транзисторов на монокристаллах [2]. Здесь подвижность носителей доходила уже до 12,3 в режиме насыщения и 16,0 см2•В—1•с—1 в линейном режиме, что можно назвать превосходным результатом: очень немногие органические полупроводники дают подвижность выше 10 см2•В—1•с—1. Шестимесячное выдерживание таких устройств на воздухе приводило к снижению подвижности, но изменения составляли менее 10%.

Аналогичные вычислительные методы химики используют для отбора органических молекул, которые могли бы пригодиться производителям солнечных элементов. Исследователи планируют рассмотреть около 3,5 млн соединений, отметить тысячу самых интересных и опубликовать соответствующие этой тысяче данные расчётов.

Монокристалл соединения [2], который показал наилучшие результаты в опытах. Масштабная полоска — 10 мкм. (Иллюстрация из журнала Nature Communications.)

Полная версия отчёта опубликована в журнале Nature Communications.

Информация с сайта science.compulenta.ru со ссылкой на материалы Nature News.

Автор оригинального текста: Дмитрий Сафин.