Investigación sobre los semiconductores orgánicos

Objetivo.

Adentrarnos y explorar temas relevantes con respecto a los dispositivos y circuitos eléctricos.

Introducción.

En esta investigación sobre los semiconductores orgánicos se hiso con la finalidad de conocer un poco más de ellos, ya que hoy en día no son tan comunes como podrían ser los semiconductores inorgánicos de la familias lógicas más usadas en la electrónica como son la TTL,  y CMOS. Y se tratara de explicar el principio de su funcionamiento.[pic 1]

Desarrollo.

¿Qué son los semiconductores orgánicos?  

Compuesto orgánico bajo la forma de cristal o un polímero que muestra propiedades similares a los semiconductores inorgánicos, por ejemplo;

• Conducción por electrones y huecos.
• Posee una banda prohibida.

Los semiconductores orgánicos se pueden dividir en dos familias: 

Los polímeros los cuales están formados por largas cadenas de monómeros.

Los oligómeros estos se encuentran formados por una o pocas moléculas.

El uso de estos materiales han dado lugar a la electrónica orgánica. Por orgánica se entienden las moléculas que se basan en el carbono, las moléculas básicas para la vida. Se llama orgánica en oposición a los semiconductores inorgánicos, como el silicio.

Actualmente es posible fabricar dispositivos tan diversos como células solares fotovoltaicas, transistores en capa delgada o diodos emisores de luz utilizando semiconductores orgánicos.

Aplicaciones de los semiconductores orgánicos

Los semiconductores orgánicos son capaces de ofrecer soluciones a los diferentes problemas con los que nos enfrentamos hoy en día.  El mejor ejemplo lo encontramos en los diodos orgánicos emisores de luz (OLED). Fueron los primeros dispositivos basados en materiales orgánicos que se produjeron a gran escala y han revolucionado la industria de las pantallas al ofrecer un hardware que consume mucha menos energía y que ofrece una mayor calidad, además de utilizar menos espacio físico. Hoy en día los podemos encontrar en los teléfonos móviles y en los televisores ultraplanos y de alta resolución, lo que permite soluciones únicas tales como los televisores curvos y las pantallas transparentes. Otras aplicaciones sería dispositivos como; las células fotovoltaicas orgánicas (OPV), los transistores de efecto de campo (OFET) y láseres (OSL) son candidatos muy prometedores a seguir el mismo camino que los OLED y dominar parte del mercado en sus propios segmentos, aunque su bajo rendimiento hace que su venta a gran escala no sea factible.[pic 2][pic 3]

¿Cómo funcionan los semiconductores orgánicos?

En los semiconductores orgánicos los electrones se encuentran en estados energéticos o niveles de energía localizados, a diferencia de los conductores y semiconductores tradicionales en donde los electrones están deslocalizados por todo el material.

En los materiales orgánicos, estos estados localizados son: los estados de las moléculas individuales en los cristales moleculares, los estados de las cadenas poliméricas individuales o los estados de los segmentos de estas cadenas donde la conjugación es interrumpida por defectos estructurales o químicos. Los estados localizados actúan como pozos de potencial. La transferencia de carga entre sitios se da mediante saltos cuánticos en donde los portadores de carga mediante efecto túnel asistido por fotones (vibraciones de la estructura del material) pasan de un sitio a otro, bajo ciertas condiciones.

Los electrones, se encuentran deslocalizados dentro de los sistemas π de las moléculas individuales de los cristales moleculares o de las cadenas poliméricas. Estos electrones al ser estimulados por un campo eléctrico se mueven dentro de estos sitios de extremo a extremo y al encontrarse con una barrera energética rebotan y forman ondas estacionarias que tienen cierto nivel de energía.

Los electrones u ondas estacionarias tienen la posibilidad de atravesar la barrera de potencial entre las moléculas o polímeros, siempre y cuando los electrones de un sitio origen estén en un nivel de energía igual a uno de los niveles de energía permitido en el sitio al que va a trasladarse, de lo contrario el hopping no se lleva a cabo. La energía de los fonones es trasmitida a los electrones que de esta forma alcanzan la energía suficiente para trasladarse por efecto túnel.

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