Материалы для органической электроники

Органическая электроника реализуется на электрически активных материалах, которые могут использоваться в качестве проводников, ­полупроводников, диэлектриков, люминесцентных, электрохромных или электрофоретических материалов. Материалы должны быть тщательно подобраны, так как условия процессов и взаимодействий слоев друг с другом имеют большое влияние на работу устройств.

Есть много подходов в выбору материалов, при этом возникают вопросы, которые нуждаются в обсуждении: какие из материалов использовать – органические или неорганические,­ базируемые на растворителях или испаряемых продуктах. Вероятно, что несколько подходов будут использоваться параллельно.

Рис. 9.7. показывает химическую структуру органического проводника(PEDOT:PSS), который широко используется для электродов. Неорганические материалы как серебро и другие металлы (например, как заполненные пасты) также используются, если необходима более высокая проводимость.

Рис. 9.7. Химическая структура органического проводника(PEDOT:PSS)

Органические полупроводники используются во многих активных устройствах, и производство многих из них базируются на машинных технологиях на основе применения растворов и могут быть напечатаны. Свойства переноса заряда в значительной степени зависят от состояния покрытия (отложения), технологии покрытия, концентрации, пограничных слоев и так далее. Большинство органических полупроводников, используемых сегодня, являются p-типом (как пентацен и политиофен), но первые полупроводниковые материалы n-типа также должны стать доступными и открыть дверь к схемам на основе CMOS (комплементарный металло-оксидный полупроводник (КМОП)).

Подвижность переноса заряда органического полупроводника намного ниже, чем полупроводника из кристаллического кремния, но уже возможно достижение известных величин от аморфного кремния (a-Si). Ожидают разработку и достижение указанного параметра от использования поликристаллического кремния (поли-Si) в течение следующих лет (рис. 9.8). Это будет возможно при применении оптимизированных низкомолекулярных материалов и полимеров или новых материалов, как, например, неорганических, наноматериалов, углеродных нанотрубок или гибридных материалов.

Неорганические и низкомолекулярные органические ­полупроводники ­имеют возрастающий интерес, тем более, что нанесение покрытий больше не ограничено только процессами напыления. Несколько полупроводниковых материалов этих классов могут обрабатываться в виде раствора или дисперсии, и поэтому совместимы с массовыми печатными ­процессами. Кроме того, высокопроизводительные процессы напыления могли бы позволить использование этого класса материалов.

Новые классы материалов, такие как углеродные нанотрубки или гибридные (органический – неорганический) комбинации материалов, и конструкции устройств (подобных технологии органических CMOS­) являются дальнейшими новыми подходами для оптимизации исполнения устройств.

Рис. 9.8. Готовые к использованию полупроводниковые составы (источник: Merck Chemicals)

2008 2010 2012 2014 2016 год

Рис. 9.8. Дорожная карта OE-A подвижности носителей заряда полупроводников для применений органической электроники. ­Показатели относятся к материалам, которые доступны в коммерческих количествах и на устройствах, которые изготовлены при помощи высокопроизводительных ­процессов­. Показатели для аморфного кремния (a-Si) и поликристаллического кремния (поли-Si) даны для сравнения