塑料半導(dǎo)體中電荷陷阱的形成機(jī)制
出處:andrewlin 發(fā)布于:2012-08-07 09:55:57
標(biāo)簽:塑料半導(dǎo)體給低成本、大批量生產(chǎn)電子器件帶來(lái)了希望,但其有一個(gè)重要的缺陷:電流會(huì)受到材料中電荷陷阱的影響。
據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)7月31日(北京時(shí)間)報(bào)道,荷蘭格羅寧根大學(xué)和美國(guó)佐治亞理工學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)研究揭示了隱藏在這些陷阱下的通用機(jī)制,并提供了一個(gè)理論框架來(lái)設(shè)計(jì)沒(méi)有陷阱的塑料電子器件。研究結(jié)果提前發(fā)表于《自然·材料》雜志網(wǎng)絡(luò)版。
塑料半導(dǎo)體由有機(jī)碳基聚合物制成,其含有一個(gè)可調(diào)的禁能隙。然而,電子在半導(dǎo)體中遷移時(shí),有很多被卡在了材料中的禁能隙陷阱里,無(wú)法轉(zhuǎn)換成光,從而降低了塑料發(fā)光二級(jí)管的發(fā)光效率和塑料太陽(yáng)能電池的效率。
但科學(xué)家對(duì)陷阱所知甚少。“我們已經(jīng)通過(guò)比較9種不同聚合物中的陷阱的性質(zhì)來(lái)著手解決這一難題?!痹撗芯空撐氖滓髡摺⒏窳_寧根大學(xué)的赫爾曼·尼科萊說(shuō),“比較結(jié)果顯示,所有材料中的陷阱都具有非常相似的能級(jí)?!?/FONT>
由佐治亞理工學(xué)院化學(xué)與生物化學(xué)學(xué)院教授讓-呂克·布萊德斯領(lǐng)導(dǎo)的小組用計(jì)算的方式研究了一大批可能陷阱的電子結(jié)構(gòu)?!拔覀兺ㄟ^(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn),測(cè)量到的陷阱能級(jí)在實(shí)驗(yàn)上與水氧復(fù)合物產(chǎn)生的能級(jí)很匹配?!?/FONT>
尼科萊解釋說(shuō):“水氧復(fù)合物很容易在半導(dǎo)體材料的制造過(guò)程中被引入,即使我們的器件是在氮?dú)鈼l件下制造的,也無(wú)法阻止少量氧氣和水造成的污染?!?/FONT>
陷阱的能級(jí)與水氧復(fù)合物相似這一結(jié)果意味著,現(xiàn)在有可能估算出不同塑料材料中預(yù)期將產(chǎn)生的電流,同時(shí),它也指明了設(shè)計(jì)不含陷阱的材料的方法。
“陷阱的能級(jí)就處于禁能隙?!蹦峥迫R說(shuō)。當(dāng)一個(gè)移動(dòng)的電子跑進(jìn)處于禁能隙的陷阱中,就會(huì)被抓住,因?yàn)橄葳宓哪芗?jí)更低。他認(rèn)為,如果化學(xué)家能夠設(shè)計(jì)出陷阱能級(jí)高于電子運(yùn)動(dòng)軌道的半導(dǎo)體聚合物,電子就不會(huì)落入陷阱。
尼科萊表示,這項(xiàng)研究成果對(duì)于設(shè)計(jì)高效的塑料發(fā)光二極管和塑料太陽(yáng)能電池非常重要。
編輯圈點(diǎn):
在制造快速廉價(jià)消費(fèi)品的過(guò)程中,塑料立下了汗馬功勞。它在電子領(lǐng)域的野心之大,早就不甘于只作為電子產(chǎn)品外殼材料出現(xiàn),更不打算在進(jìn)入產(chǎn)品內(nèi)部后淺嘗輒止,而是試圖能占據(jù)電子元件的領(lǐng)域。包括本次的研究在內(nèi),科學(xué)家一直在為塑料半導(dǎo)體的瓶頸攻克做著努力,不過(guò)短期內(nèi),其能效還無(wú)法和傳統(tǒng)材料平分秋色,更不用說(shuō)完全取代了,而人們?nèi)匀绱舜骨嘤谒芰系睦碛?,無(wú)外乎是看中它極其便宜——不夸張的說(shuō),它將成本的單位從“美元”降到了“美分”。
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