نسل بعدی وسایل الکترونیکی به نیمه‌رسانا‌های هوادار تجهیز شد

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از اینترستینگ اینجینیرینگ، روش جدید شامل غوطه ورسازی پلاستیک رسانا در یک محلول نمک مخصوص (یک فوتوکاتالیست) و سپس روشن کردن آن با نور برای مدت کوتاهی است که منجر به ایجاد یک پلاستیک رسانا ناخالص (دوپ شده) می‌شود.

نیمه رسانا‌ها صنعت الکترونیک از گوشی‌های هوشمند گرفته تا هواپیماها، ضربان سازها، ابررایانه‌ها و کاربرد‌های متعدد دیگر را متحول کرده اند. این ماده معدنی که پایه و اساس فناوری‌های مدرن را تشکیل می‌دهد، نویدبخش پیشرفت‌های بیشتر است.

محققان دانشگاه لینکوپینگ سوئد رویکرد جدیدی را برای رسانایی بیشتر نیمه رسانا‌های آلی با استفاده از هوا به عنوان ماده ناخالص ابداع کرده و می‌گویند این تحقیق گام مهمی به سوی نیمه رسانا‌های آلی ارزان و پایدار آینده است.

«سیمون فابیانو» (Simone Fabiano) دانشیار دانشگاه لینکوپینگ و مجری این تحقیقات می‌گوید: معتقدیم این روش می‌تواند به طور چشمگیری بر شیوه ناخالص سازی (دوپ شدگی) نیمه رسانا‌های آلی، تأثیر بگذارد. تمام قطعات مورد نیاز مقرون به صرفه، در دسترس و به طور بالقوه دوستدار محیط زیست هستند، ویژگی‌هایی که پیش نیاز الکترونیک پایدار آینده محسوب می‌شوند.

جایگزینی سیلیکون با پلاستیک رسانا

در این نیمه رسانا‌های آلی، سیلیکون با پلاستیک رسانا به دلیل کاربرد‌های بی شمارش از جمله استفاده از در نمایشگر‌های دیجیتال، سلول‌های خورشیدی، LED ها، حسگرها، ایمپلنت‌ها و ذخیره ساز‌های انرژی، جایگزین شده است.

ناخالصی‌ها برای افزایش رسانایی و بهبود ویژگی‌های نیمه رسانا‌ها معرفی شده اند. آنها تمایل دارند حرکت بار‌های الکتریکی را در داخل مواد نیمه رسانا تسهیل کنند که به گفته محققان برای القای بار‌های مثبت (p-doping) یا منفی (n-doping) طراحی شود. به دلیل واکنش پذیری بسیار بالای آلاینده‌های استاندارد و ناپایداری و گران بودنشان، ساخت آنها چالش برانگیز است.

از این رو دانشمندان از فرآیند فتوسنتز در طبیعت در تلاش برای تقلید از فرآیند‌های طبیعی که رسانایی را به طور پایدار و کارآمد بهبود می‌بخشد، الهام گرفتند.

اکسیژن به عنوان یک ناخالصی

محققان با استفاده از فعال سازی نور و فوتوکاتالیست، رویکرد جدیدی را ارائه کردند که در آن هوا و عمدتا اکسیژن، به عنوان ماده ناخالصی برای نیمه هادی‌های آلی عمل می‌کند. این روش همچنین فرآیند ناخالص سازی را ساده و به طور بالقوه آن را مقیاس پذیرتر و مقرون به صرفه‌تر برای کاربرد‌های الکترونیکی مختلف می‌کند.

فابیانو گفت: رویکرد ما از طبیعت الهام گرفته شده است، زیرا مثلا، به فتوسنتز شباهت‌های زیادی دارد. در روش ما، نور یک فوتوکاتالیست را فعال کرده و سپس انتقال الکترون را از یک ناخالصی معمولی ناکارآمد به مواد نیمه رسانا آلی تسهیل می‌کند.
پلاستیک رسانا در یک محلول نمک خاص که یک فوتوکاتالیست است غوطه ور و سپس برای مدت کوتاهی با نور روشن می‌شود.

مدت زمانی که مواد در معرض نور قرار می‌گیرند تعیین کننده سطح ناخالصی است. محلول به کار رفته در این فرآیند را می‌توان بعدا در حالی که این ماده دوباره بار‌های مثبت به دست آورد، استفاده شود. تنها ماده‌ای که در این فرآیند مصرف می‌شود، اکسیژن هوا است.
این پدیده به دلیل عملکرد فوتوکاتالیست به عنوان یک «وسیله رفت و برگشت الکترونی» قابل دستیابی است که در صورت قرار گرفتن در معرض اکسید کننده یا احیا کننده‌های ضعیف، الکترون‌ها را می‌پذیرد یا به آن اهدا می‌کند. اگرچه این فرآیند در شیمی آشناست، اما پیش از این در الکترونیک آلی استفاده نشده است.

در این مطالعه، همچنین ترکیب القای بار‌های مثبت و بار‌های منفی در یک واکنش ممکن شده، که کاملا منحصر به فرد است. این امر ساخت تجهیزات الکترونیکی را ساده‌تر می‌کند، به ویژه آنهایی که مانند ژنراتور‌های ترموالکتریک به نیمه رسانا‌های القای بار مثبت و بار منفی نیاز دارند.

در این روش، همه قطعات را می‌توان به جای تک به تک، به طور همزمان تولید و ناخالص کرد؛ پیشرفتی که این روند را مقیاس پذیرتر می‌کند.

نتایج این تحقیقات در نشریه Nature منتشر شده است.