Semicondutor orgânico

Um semicondutor orgânico é um composto orgânico , na forma de um cristal ou polímero , que apresenta propriedades semelhantes aos semicondutores inorgânicos . Suas propriedades são a condução por elétrons e buracos , bem como a presença de uma banda proibida . Esses materiais deram origem à eletrônica orgânica , ou à eletrônica dos plásticos. Por orgânico, entende-se que as moléculas usadas são baseadas em carbono , como as moléculas na base da vida. Dizemos orgânicos em oposição a semicondutores inorgânicos , como o silício , ou condutores inorgânicos , como o cobre .

Origens da condutividade

A condutividade em um semicondutor orgânico é fornecida pelos portadores de carga , dos quais dois tipos são bem conhecidos: os elétrons (elétrons π *) e os buracos (elétrons π desemparelhados). Geralmente, os sólidos orgânicos são isolantes. No entanto, em cristais orgânicos formados por moléculas contendo ligações conjugadas π , ou polímeros contendo ligações conjugadas π, os elétrons podem circular livremente nas sobreposições de nuvens de elétrons π, o que permite a condução de eletricidade. Os hidrocarbonetos aromáticos policíclicos são exemplos desse tipo de semicondutor. No entanto, os polímeros condutores apresentam alta resistência em comparação com os condutores inorgânicos. Os materiais orgânicos podem ser dopados com metais para aumentar sua condutividade.

Similaridades com semicondutores inorgânicos

Os semicondutores orgânicos têm características semelhantes aos semicondutores inorgânicos. A tabela a seguir resume suas correspondências:

Semicondutor inorgânico	Semicondutor orgânico
Banda valence	HOMO
Banda de condução	LUMO
Banda proibida	Banda proibida

Além disso, como os semicondutores inorgânicos, os semicondutores orgânicos podem ser dopados, ou seja, podem ser produzidos elétrons em excesso ( dopagem N ) ou lacunas ( dopagem P ). Em semicondutores inorgânicos, isso geralmente é feito por implantação de íons , ou seja, adicionando íons ao semicondutor. Esses íons têm elétrons de valência extras ou ausentes, conforme apropriado, permitindo que os portadores de carga desejados sejam adicionados. No entanto, esta técnica é muito brutal (em termos de energia) para dopar filmes de semicondutores orgânicos, estes últimos muito frágeis para este tipo de intervenção. A técnica recomendada é, portanto, expor o filme a um vapor de um oxidante ou agente redutor, que terá o efeito de rasgar ou adicionar elétrons ao filme. Semicondutores altamente dopados como polianilina (Ormecon) e PEDOT: PSS também são chamados de metais orgânicos .

Vantagens e desvantagens

Os semicondutores orgânicos oferecem várias vantagens:

• leveza: prático para portabilidade;
• flexibilidade: menos frágeis que os semicondutores inorgânicos, que devem ser depositados em substratos planos e rígidos, os semicondutores orgânicos podem, por exemplo, enrolar, como uma folha de papel (um substrato inorgânico se quebraria);
• facilidade de fabricação e automontagem: semicondutores orgânicos geralmente são fáceis e econômicos de fabricar em laboratório. A engenharia química pode desenvolver moléculas que se auto-montam. Esses métodos de fabricação se destacam dos processos caros e mais difíceis de tecnologias inorgânicas, exigindo, por exemplo, altíssimas temperaturas e salas limpas .

Essa tecnologia também tem certas limitações:

• Vida útil: a vida útil dos dispositivos de exibição orgânicos é menor do que a dos LCDs tradicionais. Isso se deve ao clareamento ( branqueamento em inglês) das moléculas orgânicas que emitem luz colorida;
• descartáveis: a indústria vê nos semicondutores orgânicos, pelo baixo custo e pela facilidade de fabricação, a possibilidade de fazer aparelhos eletrônicos descartáveis. Há motivos para questionar o aspecto ecológico de tal abordagem.

Formulários

Semicondutores orgânicos são usados ​​no campo da optoeletrônica para o desenvolvimento de:

• diodos emissores de luz orgicos (OLED, ó rganic L ight E mitting D iodo) com o qual pode ser feito de concorrentes exibir dispositivos LCD ( L iquid C rystal D isplay) actual. A matriz de pixels vermelhos, verdes e azuis é facilmente fabricada pela técnica de evaporação a vácuo ou pela técnica de impressão a jato de tinta  ;
• células solares  ;
• transistores de efeito de campo FET ( F ield E ffect T ransistor);
• janelas inteligentes que escurecem quando há muita luz do sol. Essa técnica já está sendo usada para fazer lentes de óculos que escurecem quando você sai de casa  ;
• papel eletrônico ( e-paper ).

Artigos relacionados

• Semicondutores orgânicos tipo P (doadores de elétrons):
  • Tetraceno , Antraceno
  • Politiofeno
  • P3HT , poli (3-hexiltiofeno)
  • PCDTBT , poli [ N -9'-heptadecanil-2,7-carbazol-alt-5,5- (4,7-di-2-tienil-2 ', 1', 3'-benzotiadiazol]
  • MDMO-PPV , poli [2-metoxi-5- (3,7-dimetiloctiloxi) -1,4-fenileno-vinileno]
  • MEH-PPV , poli [2-metoxi-5- (2-etil-hexiloxi) -1,4-fenileno-vinileno]
  • PEDOT , poli (3,4-etilenodioxitiofeno)
  • PEDOT: PSS , mistura de poli (3,4-etilenodioxitiofeno) com poli (estireno sulfonato)
• Semicondutores orgânicos tipo n (aceitadores de elétrons):
  • Fulereno
  • PCBM , [6,6] -fenil-C 61-metilbutirato
  • PCNEPV , poli [oxa-1,4-fenileno- (1-ciano-1,2-vinileno) - (2-metoxi-5- (3,7-dimetiloctiloxi) -1,4-fenileno) -1,2- (2-cianovinileno) -1,4-fenileno]
• Polifluoreno
• PSS , poli (sulfonato de estireno)
• Célula fotovoltaica de polímero
• NOMFET  (en)