Американские химики "вычислили" перспективный органический полупроводник

 

Основой исследования стали опубликованные четыре года назад статьи японских ученых 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, и оценили перспективы его применения в полевых транзисторах. Как выяснилось, соединение 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 распространенного органического полупроводника пентацена.

 

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

 

Сначала американцы создали на базе полученного полупроводника тонкопленочные транзисторы с 40-нанометровым слоем 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, причем шестимесячное хранение на открытом воздухе никак не сказалось на параметрах транзисторов. Указанная подвижность невелика, что объясняется недостаточно высокой степенью очистки материала.

 

После этого ученые приступили к испытаниям полевых транзисторов на монокристаллах. 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 расчетов.