Organik Yarı İletkenlerde ‘Silikon Benzeri’ Dopingin Gerçekleştirilmesi
Yarı iletkenlere yük taşıyıcıları sağlayabilen doping, yarı iletkenler ve cihazlar için vazgeçilmez bir teknolojidir ve dopantların sağladığı yük taşıyıcıların boşluk veya elektron olmasına bağlı olarak n- ve p-doping olarak sınıflandırılabilir. En yaygın olarak kullanılan inorganik yarı iletken silikon için, silikonun verimli ve kontrol edilebilir katkılanmasını sağlayan hem n- hem de p-tipi katkılama yöntemleri iyi bir şekilde oluşturulmuştur. Örneğin, n-doping için silikon atomlarının yerine fosfor atomları yerleştirildiğinde, n-tipi silikon elde edilir.
Benzer şekilde, p-doping için bor atomları kullanıldığında, p-tipi silikon elde edilir. Bu tür işlemlerin doping verimliliği %100'e kadar çıkabilmekte ve doping seviyesi, implante edilen dopant atomlarının oranı ile kolaylıkla kontrol edilebilmektedir. Bu başarılı doping stratejileri, mikro elektronikte silikonun endüstriyel kullanımının temel taşıdır. Organik yarı iletkenler (OSC’ler), konjuge moleküller veya polimerlerden oluşan bir yarı iletken malzeme sınıfıdır.
İnorganik yarı iletkenlerle karşılaştırıldığında, OSC’lerin çözümle işlenebilir olmaları, düşük maliyetli ve geniş alanlı elektronik üretimine uygun olmaları ve diğerlerinin yanı sıra esnek/gerilebilir elektroniklere uygulanabilir olmaları gibi avantajları vardır. Yarı iletkenler için doping tekniklerinin önemi göz önüne alındığında, OSC’ler için silikon benzeri doping metodolojileri oluşturmak oldukça çekicidir. Bu, çeşitli uygulamalar için farklı OSC türlerini sentezlemenin zorluğunu ve maliyetini basitleştirecek ve ayrıca organik PN eş eklemleri gibi ilginç yapılara yol açacaktır. Bununla birlikte, tipik bir OSC’de (n- ya da p-tipi) aynı anda etkili p- ve n-dopingin zorluğundan dolayı bu fikrin gerçekleştirilmesi kolay değildir.
Yakın tarihli bir çalışmada, Çin ve Amerika Birleşik Devletleri’nden bir grup araştırmacı yukarıda belirtilen zorlukları ele almış ve tamamen seçici doping ile çözelti ile işlenmiş bir OSC’nin polaritesini kontrol etme. Bu, uygun dopantlar p-dopant ve n-dopant kullanılmasıyla birlikte, ana yarı iletken olarak iyi dengelenmiş ambipolar taşıma ile bir OSC’nin sentezlenmesiyle elde edilir. Silisyum gibi ambipolar konak yarı iletken, hem p- hem de n-tipi özelliklere sahip olduğundan, hem p- hem de n-katkılı olma imkanı sunar. Sonuç olarak, p- ve n-tipi OSC’ler, sırasıyla ana bilgisayar OSC’sinin sadece p- ve n-dopingi ile elde edilebilir. Tipik bir sonuç, hem p- hem de n-tipi alan etkili transistör cihazlarının, sadece uygun doping ile ana bilgisayar yarı iletken PBBT-4T-2F’den yapılabilmesidir (Şekil 1).
Yazarlar, bu katkılama tekniğini kullanarak, p ve n katkılı yarı iletken katmanlarla PN homoeklemleri oluşturmanın fizibilitesini de göstermektedir. Organik PN homojunctions ve ilgili diyot yapılı cihazları elde etmek için film kuru transfer yöntemini kullandılar. Yazarlar, PN homojunction arayüzünde meydana gelen ve yerleşik voltajlı bir tükenme bölgesine neden olan bant bükülmesi olduğunu ortaya koyuyor. Bu organik PN eşeklemleri, OSC’lerde yarı iletken fiziğinin daha fazla araştırılması için benzersiz platformlar sağlar. Ayrıca, yakın kızılötesi (NIR) fotodiyotlar, potansiyel uygulamalarının bir gösterimi olarak organik PN homo-bağlantılarına dayalı olarak oluşturulur. Fotodiyot cihazı, PN homojonksiyonlarında yerleşik elektrik alanı sayesinde kendinden beslemeli modda çalışabilir. Özetle, bu çalışma, organik yarı iletkenlerde ‘silikon benzeri’ dopingin gerçekleştirildiğini gösterir ve tek bir ana organik yarı iletkenin kontrol edilebilir dopingi yoluyla yeni cihazlar oluşturmaya daha fazla ilgi uyandırabilir.
Kaynak:
