改進有機半導體 找到去電子的方法李佩璇 (2024-08-17 10:35:00)

來自劍橋大學的研究團隊，發現了改進有機半導體的摻雜效率，可以從材料中去除比以往更多的電子，從而提高其在電子設備中的性能。

編譯／高晟鈞

來自劍橋大學的研究團隊，發現了改進有機半導體的摻雜效率，可以從材料中去除比以往更多的電子，從而提高其在電子設備中的性能。

前所未見的摻雜表現

固體中的電子被組織成能帶，最高能帶則被稱為價帶，控制著許多重要的物理性質，例如導電性和化學鍵結。有機半導體中的摻雜，是透過從價帶中去除一小部分電子（電洞），使得電子可以流入並導電。

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一般而言，有機半導體價帶中的電子，只有大約10%-20%左右被清除，矽半導體更是只有百萬分之一。然而，研究團隊所發現的有機半導體，價帶中的電子可以完全被清除，更甚至，可以從下面的能帶中去除電子。

一般來說，電洞數量與導電率息息相關，更多的電洞數量意謂著更好的導電性。然而，摻雜儘管可以增加電洞數量，卻也同樣會使離子增加，進而導致功率降低。

利用非平衡狀態的力量

對此，研究人員通過一種稱為「場效應閘極」（Field-effect gate）的電極來調整電洞密度，從而不影響離子數。

研究團隊表示，這項發現來自於稱為「庫倫能隙」的現象。一般來說，熱電功率輸出，和導電率之間呈反比，需要在兩者之間做權衡。而研究團隊透過在離子凍結時，去添加和去除電子，使得材料處於非平衡狀態；此時，由於庫倫能隙和非平衡效應的共同作用，材料的熱電功率與電導率將能共同增加，進而改善產品性能。

目前，唯一的限制是場效應閘極，僅能影響材料的表面，倘若整個材料都能受到影響，有機半導體的性能將獲得突破性的增長。

資料來源:ScitechDaily

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