Исследование объяснило природу ловушек зарядов в полимерных полупроводниках

Пластиковые полупроводниковые устройства имеют малую себестоимость и удобны для массового производства, однако имеют один существенный недостаток. На протекающий в них ток негативное влияние оказывают «ловушки зарядов» (charge traps), природа которых пока плохо изучена.

В исследовании, проведенном университетом Гронингена (Нидерланды) и Технологическим институтом Джорджии (США), выявлен общий принцип действия таких ловушек и созданы теоретические основы конструирования свободной от них пластиковой электроники. Итоги работы представлены в онлайновой публикации в Nature Materials.

До сих пор считалось, что возникновение ловушек обусловлено посторонними включениями в материал или дефектами (узлами или перегибами) структуры полимеров. Ученые подошли к решению этой проблемы, сопоставив свойства ловушек в девяти различных полимерах. Было обнаружено, что во всех случаях ловушки характеризуются практически одинаковым уровнем энергии. В Georgia Tech было проведено численное моделирование всех возможных типов ловушек, в результате которого установили, что искомый уровень энергии дает присутствие в полимере водно-кислородного комплекса.

Такой комплекс легко может попасть в материал в процессе производства, причем даже изготовление пластиковых полупроводников в атмосфере азота не предотвращает загрязнения мельчайшими количествами кислорода и воды.

То, что все ловушки имеют одинаковый уровень энергии дает возможность получать оценку ожидаемого тока электронов в различных пластиковых материалах. Это также подсказывает способ создания полимеров без ловушек.

Захват электронов происходит из-за того, что энергия ловушек находится в запрещенной зоне полупроводника — ниже зоны проводимости. Но химики могут спроектировать полимеры, для которых энергетический уровень ловушек окажется выше запрещенной зоны, и тогда эта помеха распространению свободных электронов будет надежно устранена.

Результаты работы будут способствовать дальнейшему совершенствованию пластиковых светодиодов и солнечных батарей.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI