Публикации: Оптика и электроника (рубрикатор)

Использование органических и молекулярных материалов в электронных устройствах традиционно было игрой компромиссов. Преимуществами были потенциально низкая стоимость, простота изготовления и уникальные свойства, например, прозрачность и гибкость, недостатки - узкий диапазон существования и относительно низкая проводимость. Эти "инь и ян" органической электроники постулировались как неизбежные. Так, отсутствие долгосрочного способа улучшить мобильность компенсируется гибкостью, и одно сложно представить без другого. Но сейчас все чаще появляются статьи, доказывающие, что колонку минусов можно сократить хотя бы за счет улучшения проводимости.

Например, Даго де Леув с коллегами создали полевой транзистор, канал между стоком и истоком в котором состоит из самоупорядоченных монослоев жидкокристаллических органических молекул. Молекулы, содержащие спейсеры, могут укладываться в упорядоченные стеки, и уже было показано, что мобильность таких стеков не хуже, чем у монокристалла, а такая укладка получается воспроизводимо. При этом мобильность канала не меняется с его длиной (в отличие от обычных монослоев, мобильность в которых значительно снижается с ростом длины канала).
В последних работах де Леув с коллегами показывают, что такое необычное поведение частично следует из удивительных электрических характеристик. Ни инжекция зарядов в канал, ни границы зерен, ни размер проводящих частиц самого канала не ограничивает проводимость, а в результате проводимость зависит от длины канала только в случае дефектов монослоя. Получается, говоря словами авторов, что уже "выполнены все предпосылки для эффективного переноса заряда в полевом транзисторе". Молекулярные самособирающиеся транзисторы, таким образом, стремительно выходят за пределы выдумки и фантастики.
В отличие от де Леува, Дэвид Ванден Боут с коллегами сосредоточены на получении органических молекулярных нанотрубок, а не монослоев. Итоговая структура, называемая J-агрегатом, среди прочего привлекает внимание своим узким эмиссионным спектром, высокой подвижностью в возбужденном состоянии и неплохим фототоком. Однако использование J-агрегатов в твердофазных устройствах, например, для переноса энергии, требует их фиксацию на подложке с сохранением структуры и оптоэлектронных свойств. Для демонстрации такой возможности Боут с помощью оптической микроскопии ближнего поля исследовал осаждение на поверхности J-агрегатов двумя путями: классическим методом центрифугирования и методом потока капель. Основной идеей обоих методов является нанесение из раствора на подложку с последующей сушкой. Оказалось, что метод центрифугирования нарушает структуру, тогда как метод потока капель - нет. При этом структура и излучение вдоль отдельных нанотрубок, а также вдоль массивов нанотрубок остаются однородными. Кроме демонстрации сохранения структуры данные также свидетельствуют о высокой степени упорядоченности структур. Дальнейшее изучение транспорта электрон-дырочных пар вдоль J-агрегатов может помочь в создании устройств на основе этих структур.
И наконец, Франко Качиалли с коллегами сфокусировали свое внимание еще на одном типе органических материалов - поли(п-фенилен винилене), PPV, хорошо изученном органическом материале для транзисторов, солнечных батарей и светоизлучающих устройств. Наноструктурирование PPV при этом оставалось неизученным, поскольку он не выдерживает традиционных методов нанесения, таких как классическая фотолитография, требующая нанесения маски и использования растворителей. Вместо этого исследователи сосредоточились на так называемой "мягкой литографии".
Качиалли с сотрудниками остановили свой выбор на методах, основанных на нагреве, приводящем к образованию планарной структуры на поверхности. Ученые сделали метод более привлекательным, заметно увеличив скорость нанесения, и создали схему размером 28 нм, созданную с помощью нагревательного проводка диаметром 50 мкм! Такой небольшой размер может быть создан, поскольку площадь контакта проводка с поверхностью очень мала, а температуру можно варьировать в широких пределах вдоль полимерной пленки. Как показали Амар Басу и Йогеш Гианяандани, этот метод хорош и тем, что может быть использован для различных применений для других полимеров, а также для для материалов с мостиками.

Все эти исследования показывают, что "простой и дешевый" способ производства органических материалов, вероятно, требует проведения большого объема работ. Однако пока такая работа ведется, проявляются убедительные преимущества использования органических материалов. В конце концов, транзистор уже был получен, J-агрегаты нанесены и полимерная планарная структура "накапана" на подложку.

Остается добавить, что и российские ученые не стоят в стороне от органической электроники: например, органические солнечные батарейки по разным технологиям успешно делают в компании Cryscade Solar, на физфаке (группа Д.Паращука) и в Черноголовке.