Некоторые органические материалы можно использовать аналогично кремниевым полупроводникам в оптоэлектронике. Будь то солнечные элементы, светодиоды или транзисторы – важна ширина запрещенной зоны, т.е.е. разница в уровне энергии между электронами в валентной зоне (связанное состояние) и зоне проводимости (подвижное состояние). Носители заряда можно поднять из валентной зоны в зону проводимости с помощью света или электрического напряжения.
Это принцип работы всех электронных компонентов. Ширина запрещенной зоны от одного до двух электронвольт идеальна.
Коллектив во главе с химиком доктором. Майкл Дж. Бойдис из Университета Гумбольдта в Берлине недавно синтезировал новый органический полупроводниковый материал из семейства углеродных нитридов.
Графитовый нитрид углерода на основе триазина (или TGCN) состоит только из атомов углерода и азота и может быть выращен в виде коричневой пленки на кварцевой подложке.Комбинация атомов C и N образует гексагональные соты, похожие на графен, который состоит из чистого углерода.Как и в случае с графеном, кристаллическая структура TGCN двумерна.Однако у графена плоская проводимость отличная, а перпендикулярная – очень плохая. В TGCN все с точностью до наоборот: перпендикулярная проводимость примерно в 65 раз больше планарной проводимости.
При ширине запрещенной зоны 1.7 электронвольт, ТГКН – хороший кандидат для применения в оптоэлектронике.
Физик HZB д-р. Впоследствии Кристоф Мершьянн исследовал свойства переноса заряда в образцах TGCN, используя измерения поглощения с временным разрешением в диапазоне от фемто до наносекунд в лазерной лаборатории JULiq, совместной лаборатории HZB и Freie Universitat Berlin.
Подобные лазерные эксперименты позволяют связать макроскопическую электропроводность с теоретическими моделями и симуляциями микроскопического переноса заряда. С помощью этого подхода он смог сделать вывод, как носители заряда проходят через материал. "Они не выходят из шестиугольных сот триазина по горизонтали, а вместо этого перемещаются по диагонали к следующему шестиугольнику триазина в соседней плоскости.
Они движутся по трубчатым каналам через кристаллическую структуру."Этот механизм может объяснить, почему электрическая проводимость, перпендикулярная плоскостям, значительно выше, чем проводимость вдоль плоскостей. Однако этого, вероятно, недостаточно, чтобы объяснить действительный измеренный коэффициент 65. «Мы еще не полностью понимаем свойства переноса заряда в этом материале и хотим исследовать их дальше», – добавляет Мершянн.
В аналитической лаборатории ULLAS / HZB в Ванзее, которая использовалась после JULiq, готовится установка для новых экспериментов для достижения этой цели.
«Таким образом, TGCN пока что является лучшим кандидатом для замены обычных неорганических полупроводников, таких как кремний и его важнейшие легирующие примеси, некоторые из которых являются редкими элементами», – говорит Бойдис. «Процесс изготовления, который мы разработали в моей группе в Humboldt-Universitat, позволяет получать плоские слои полупроводникового TGCN на изолирующей кварцевой подложке. Это упрощает масштабирование и упрощает изготовление электронных устройств."