Новости перспективных технологий

Органические полупроводники могут произвести переворот в электронике

Изображение с сайта www.ostec-micro.ru

Органические светоизлучающие устройства, по сути, являются поверхностными проекторами, применение которых возможно даже на гибких подложках в очень тонком покрытии. В частности, при высоком уровне светоизлучения, могут возникать неоднородности, сопряженные с саморазогревом.

Органические полупроводники могут совершить переворот в различных областях электроники. Сейчас компоненты имеют очень высокую производительность, и это позволяет использовать их в компактных устройствах, таких как, например, мобильные телефоны. В более габаритных устройствах, к сожалению, органические компоненты бесконтрольно нагреваются, и, как следствие, ломаются или неупорядоченно проводят электричество. Физики из Дрезденского технологического университета (TU Dresden) и математики из Института прикладного анализа и стохастики имени Вейерштрасса, Берлин, Германия (WIAS) совместно анализируют типичные эффекты обратной связи, описывают их для органических полупроводников и публикуют соответствующие труды на научном ресурсе Physical Review Letters.

Когда размеры дисплеев телефонов стали увеличиваться, чтобы увидеть изображение, отображаемое на экране, необходимо было смотреть на устройство, держа его непосредственно перед собой. Обычные светодиоды излучают свет только в одном направлении. В современных смартфонах, использующих органические светодиоды, такой проблемы нет. Излучение света производится во всех направлениях, обеспечивая полноценную читаемость экрана под любым углом. Сейчас появились большие органические светодиоды, позволяющие создавать кардинально новые формы комнатного освещения. Но если поток электричества становится слишком сильным, интенсивность излучаемого света может стать внезапно неоднородной, при этом поверхность, излучающая свет, покрывается пятнами. Другая сфера применения — солнечная энергия: используя органические фотоэлементы можно создать фольгу, генерирующую электричество в малых количествах. Ее можно будет применить как, например, портативный источник питания.

Для органических компонентов применим давно известный закон Аррениуса: чем выше электропроводимость, тем выше поднимается температура. Так, электричество, проходящее через компоненты, также увеличивается, нагревая материал. Таким образом создается контур обратной связи, который продолжает нагреваться — как правило, такие эксперименты заканчиваются взрывом компонентов. Данные эффекты были присущи только неорганическим полупроводникам. Компоненты, активно реагирующие на изменение температуры, называются термисторами. Особо широко термисторы используются в высокопроизводительной электронике. Сегодня органические полупроводники могут также иметь уровни саморазогрева.

Данный принцип был известен и ранее, но его никогда не распространяли на органическую электронику. Д-р Томас Копруцки (Thomas Koprucki) из WIAS объясняет: «Мы отметили, что органические полупроводники следует использовать для исследования электротермических эффектов обратной связи. Никто раньше не уделял внимания такой возможности. Мы смогли указать коллегам из Дрездена верное направление».

Эксперименты уже показали, что токи значительно повышаются в процессе саморазогрева. Но если расчеты верны, то должна быть точка, при которой, как ни странно, напряжение должно снизиться, а энергия — увеличиться. Это будет означать, что существуют два совершенно различных, стабильных уровня энергии, пересекающихся в очень небольшой зоне напряжений — в которой они могут переходить с одного уровня на другой. Выявив верный путь, используя данные результаты моделирования, физики из TU Dresden смогли адаптировать свои эксперименты, обеспечив возможность осуществления измерений данного конкретного эффекта в рамках органических полупроводников.

В данном случае, процессы в компонентах были измерены между двумя точками с использованием углеродного соединения C60. Для полноценного определения эффекта физикам пришлось показать не только снижение напряжения, но и переход между двумя стабильными уровнями силы энергии. Благодаря расчетной модели с самого начала было понятно, что неразрушающие испытания можно проводить только после охлаждения и обеспечения защиты посредством предварительного сопротивления. Это позволило физикам зарегистрировать бистабильность компонента. При использовании двух коммутируемых напряжений, коммутация силы электрического тока производится с коэффициентом, равным 10.

Аксель Фишер (Axel Fischer) из Института прикладной фотофизики (IAPP), TU Dresden, объясняет: «Для проведения измерений мы использовали углеродное соединение C60, т. к. оно очень стабильно по температуре. Таким образом, мы наблюдаем закон Аррениуса в чистейшем виде. Помимо этого, слои C60 могут проводить сильные токи даже при низких напряжениях, поэтому типичные эффекты термисторов можно легко показать».

Используя более широкое понимание саморазогревающихся полупроводников, исследователи смогли осуществлять дальнейшие разработки полупроводников, добиваясь снижения разрушающих эффектов, например, посредством геометрической конструкции, отклоняющей тепло, и электронных контактов. Таким образом, в дальнейшем будет возможно получить светоизлучающую фольгу с большой площадью, способную излучать стабильный однородный свет.

Информация с сайта www.ostec-micro.ru.