Органические полупроводники

Органические полупроводники - твёрдые органические вещества, которые имеют (или приобретают под влиянием внешних воздействий) электронную или дырочную проводимости. Они характеризуются наличием в молекулах системы сопряжения. Носители тока образуются в результате возбуждения p-электронов, делокализованных по системе сопряжённых связей. Энергия активации, необходимая для образования носителей тока, снижается по мере увеличения числа сопряжений в молекуле и в полимерах может быть порядка тепловой энергии.

Свойства

К органическим полупроводникам относятся органические красители (например, метиленовый голубой, фталоцианины), ароматические соединения (нафталин, антрацен, виолантрен и др.), полимеры с сопряжёнными связями, некоторые природные пигменты (хлорофилл, b-каротин и др.), молекулярные комплексы с переносом заряда, а также ион-радикальные соли. Органические полупроводники существуют в виде монокристаллов, поликристаллических или аморфных порошков и плёнок. Величины удельного сопротивления при комнатной температуре лежат в диапазоне от 1018 ом×см (нафталин, антрацен) до 10-2 ом×см (ион-радикальные соли). Наиболее проводящими являются ион-радикальные соли, на основе анион-радикала тетрацианхинодиметана. Они обнаруживают электропроводность металлического характера. У органических полупроводников с низкой электропроводностью наблюдается явление фотопроводимости.

Существует несколько особенностей органических полупроводников, которые определяются молекулярным характером их структуры и слабым межмолекулярным взаимодействием:

• поглощение света вызывает возбуждение молекул, которое может мигрировать по кристаллу в виде экситонов;
• образование носителей тока под действием света связано с распадом экситонов на поверхности кристалла, дефектах его структуры, примесях, при взаимодействии экситонов друг с другом, а также с автоионизацией высоковозбуждённых молекул;
• зоны проводимости узки (~0,1 эв), подвижность носителей тока, как правило, мала (~1 см2/в×сек);
• наряду с зонным механизмом электропроводности осуществляется прыжковый механизм. В кристаллах ион-радикальных солей межмолекулярное взаимодействие сильно анизотропно, что приводит к высокой анизотропии оптических и электрических свойств и позволяет рассматривать этот класс как квазиодномерные системы.

Применение

• Как светочувствительные материалы для ПЗС и фотоэлементов.
• Высокая стойкость к радиационному облучению некоторых органических полупроводников, делает возможным их использование в космосе.
• Создание транзисторов и датчиков, а также других полупроводниковых приборов.
• С ними связана перспектива создания сверхпроводников с высокой критической температурой.

Исследование органических полупроводников важно для понимания процессов преобразования и переноса энергии в сложных физико-химических системах и в особенности в биологических тканях.

Некоторые органические полупроводники

• Тетрацен
• Пентацен
• Акридон
• Перинон
• Флавантрон
• Индантрон
• Индол
• Alq3

Примечания

Л.Д. Розенштейн, Е.Л. Франкевич. БСЭ.

Литература

• Горюнова Н.А. Органические полупроводники. — М., 1968.
• Дулов А., Слинкин А. Органические полупроводники. Полимеры с сопряженными связями.. — М.: Наука, 1970. — 128 с.

См.также

• Полимеры
• Полупроводник
• Фотоэлемент

Ссылки

• Я.А. Угай, В.З. Анохин о полупроводникаx и органических полупроводниках в частности (предпоследний абзац)
• А.Н. Фрумкин, Б.Э. Давыдов о современном состоянии исследований органических полупроводников.