改進有機半導體 找到去電子的方法
來自劍橋大學的研究團隊,發現了改進有機半導體的摻雜效率,可以從材料中去除比以往更多的電子,從而提高其在電子設備中的性能。
編譯/高晟鈞
來自劍橋大學的研究團隊,發現了改進有機半導體的摻雜效率,可以從材料中去除比以往更多的電子,從而提高其在電子設備中的性能。
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前所未見的摻雜表現
固體中的電子被組織成能帶,最高能帶則被稱為價帶,控制著許多重要的物理性質,例如導電性和化學鍵結。有機半導體中的摻雜,是透過從價帶中去除一小部分電子(電洞),使得電子可以流入並導電。
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一般而言,有機半導體價帶中的電子,只有大約10%-20%左右被清除,矽半導體更是只有百萬分之一。然而,研究團隊所發現的有機半導體,價帶中的電子可以完全被清除,更甚至,可以從下面的能帶中去除電子。
一般來說,電洞數量與導電率息息相關,更多的電洞數量意謂著更好的導電性。然而,摻雜儘管可以增加電洞數量,卻也同樣會使離子增加,進而導致功率降低。
利用非平衡狀態的力量
對此,研究人員通過一種稱為「場效應閘極」(Field-effect gate)的電極來調整電洞密度,從而不影響離子數。
研究團隊表示,這項發現來自於稱為「庫倫能隙」的現象。一般來說,熱電功率輸出,和導電率之間呈反比,需要在兩者之間做權衡。而研究團隊透過在離子凍結時,去添加和去除電子,使得材料處於非平衡狀態;此時,由於庫倫能隙和非平衡效應的共同作用,材料的熱電功率與電導率將能共同增加,進而改善產品性能。
目前,唯一的限制是場效應閘極,僅能影響材料的表面,倘若整個材料都能受到影響,有機半導體的性能將獲得突破性的增長。
資料來源:ScitechDaily
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- 記者:李佩璇
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