השיטה החדשה כוללת טבילת הפלסטיק המוליך לתמיסת מלח מיוחדת – פוטו-קטליזטור – ולאחר מכן הארה שלו באור לזמן קצר, וכתוצאה מכך נוצר פלסטיק מוליך מסומם ב-p שבו החומר הנצרך היחיד בו הוא חמצן באוויר. קרדיט: Thor Balkhed
שיטת סימום חדשה משתמשת באוויר ובאור כדי לשפר את המוליכות של מוליכים למחצה אורגניים, ומבטיחה מדרגיות רבה יותר וקיימות סביבתית בייצור מכשירים אלקטרוניים.
מוליכים למחצה הם הבסיס לכל מוצרי האלקטרוניקה המודרניים. כעת, חוקרים מאוניברסיטת לינקופינג, שבדיה, פיתחו שיטה חדשה שבה היא אורגנית מוליכים למחצה יכול להיות מוליך יותר בעזרת אוויר כחומר סם. המחקר, שפורסם בכתב העת טֶבַעמהווה צעד משמעותי לקראת מוליכים למחצה אורגניים זולים וברי קיימא עתידיים.
"אנו מאמינים ששיטה זו יכולה להשפיע באופן משמעותי על הדרך בה אנו מסמים מוליכים למחצה אורגניים. כל הרכיבים הם סבירים, נגישים בקלות ועשויים להיות ידידותיים לסביבה, וזה תנאי מוקדם לאלקטרוניקה בת קיימא עתידית", אומרת סימון פביאנו, פרופסור חבר באוניברסיטת לינקופינג.
למוליכים למחצה המבוססים על פלסטיק מוליך במקום סיליקון יש יישומים פוטנציאליים רבים. בין היתר, מוליכים למחצה אורגניים יכולים לשמש בצגים דיגיטליים, תאים סולאריים, נוריות, חיישנים, שתלים ולאחסון אנרגיה.
החוקרים צ'י-יואן יאנג, סימון פביאנו וצ'ינגצ'ינג וואנג במעבדה לאלקטרוניקה אורגנית באוניברסיטת לינקופינג. קרדיט: Thor Balkhed
כדי לשפר את המוליכות ולשנות את תכונות המוליכים למחצה, בדרך כלל מכניסים מה שנקרא דופנטים. תוספים אלה מקלים על תנועת המטענים החשמליים בתוך החומר המוליך למחצה וניתן להתאים אותם כדי לגרום למטענים חיוביים (p-doping) או שליליים (n-doping). חומרי התכשיר הנפוצים ביותר בשימוש כיום הם לעתים קרובות מאוד תגובתיים (לא יציבים), יקרים, מאתגרים לייצור, או שלושתם.
כעת, חוקרים מאוניברסיטת לינקופינג פיתחו שיטת סימום הניתנת לביצוע בטמפרטורת החדר, שבה חומרי סימום לא יעילים כמו חמצן הם הגורם העיקרי לסימום, והאור מפעיל את תהליך הסימום.
חידושים בשיטות סימום
"הגישה שלנו הייתה בהשראת הטבע, שכן היא חולקת אנלוגיות רבות איתן פוטוסינתזה, לדוגמה. בשיטה שלנו, האור מפעיל photocatalyst, אשר לאחר מכן מקל על העברת אלקטרונים מחומר דוחה לא יעיל בדרך כלל לחומר המוליך למחצה האורגני", אומרת סימון פביאנו.
השיטה החדשה כוללת טבילת הפלסטיק המוליך לתמיסת מלח מיוחדת – פוטו-קטליזטור – ולאחר מכן הארה שלו באור לזמן קצר. משך ההארה קובע את מידת הסימום של החומר. לאחר מכן, התמיסה מוחזרת לשימוש עתידי, ומשאירה מאחור פלסטיק מוליך מסומם P שבו החומר הנצרך היחיד הוא חמצן באוויר.
סימון פביאנו, פרופסור חבר בכיר באוניברסיטת לינקופינג. קרדיט: Thor Balkhed
זה אפשרי מכיוון שהפוטו-קטליזטור פועל כ"מעבורת אלקטרונים", לוקח אלקטרונים או תורם אותם לחומר בנוכחות מחמצנים חלשים או מפחיתים. זה נפוץ בכימיה אך לא נעשה בו שימוש באלקטרוניקה אורגנית בעבר.
"אפשר גם לשלב סימום p ו-n דופינג באותה תגובה, שהיא די ייחודית. זה מפשט את הייצור של מכשירים אלקטרוניים, במיוחד כאלה שבהם נדרשים מוליכים למחצה מסוממים ב-p וגם ב-n מסוממים, כגון גנרטורים תרמו-אלקטריים. ניתן לייצר את כל החלקים בבת אחת ולסמם בו-זמנית במקום אחד אחד, מה שהופך את התהליך למדרגי יותר", אומרת סימון פביאנו.
למוליך למחצה האורגני המסומם יש מוליכות טובה יותר מאשר מוליכים למחצה מסורתיים, וניתן להגדיל את התהליך. סימון פביאנו וקבוצת המחקר שלו במעבדה לאלקטרוניקה אורגנית הראו מוקדם יותר בשנת 2024 כיצד ניתן לעבד פלסטיק מוליך מממיסים ידידותיים לסביבה כמו מים; זה הצעד הבא שלהם.
"אנחנו בתחילת הניסיון להבין היטב את המנגנון מאחוריו ואיזה תחומי יישום פוטנציאליים נוספים קיימים. אבל זו גישה מבטיחה מאוד שמראה שסימום פוטו-קטליטי הוא אבן יסוד חדשה באלקטרוניקה אורגנית", אומרת סימון פביאנו, עמיתת האקדמיה ולנברג.
מימון: Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, Wallenberg Wood Science Center, Wallenberg Initiative Materials Science for Sustainability, Vetenskapsrådet, Stiftelsen Olle Engkvist Byggmästare, הנציבות האירופית, אזור המחקר האסטרטגי של ממשלת שוודיה בחומרים פונקציונליים מתקדמים (AFM) באוניברסיטת לינקופינג
