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Semiconductor Orgánico (Intro)
Compuesto orgánico bajo la forma de cristal o un polímero que muestra propiedades similares a los semiconductores inorgánicos:
Conducción por e- y huecos.Banda Prohibida.
Orgánica en oposición a los semiconductores de Si
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Orígenes
1978
Hideko Shirakawa en colaboración con Alan
Heeger y Alan MacDiarmi de, descubren los polímeros
conductores
Publican su descubrimiento en el articulo
"Synthesis of electrically contucting organicpolymers”
2000 galardonados con el Premio Nobel
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Orígenes de la conductividad
En general, los sólidos orgánicos son aislantes. Sin embargo, en los cristales formados por moléculas orgánicas que contienen uniones conjugadas π, o incluso los polímeros que contengan uniones conjugadas π, los electrones pueden moverse libremente en los recubrimientos de nubes de electrones π, lo que permite la conducción de electricidad.
Se pueden dopar los materiales orgánicos con metales para aumentar su conductividad.
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Los semiconductores orgánicos poseen características similares a los semiconductores inorgánicos.
Banda prohibidaBanda prohibida
LUMOBanda de conducción
HOMOBanda de valencia
Semiconductor orgánico
Semiconductor inorgánico
Orígenes de la conductividad
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Ventajas
Ligeros: de fácil portabilidadFlexibilidad
Facilidad de fabricación y ensamblaje
Bajo Costosde
fabricación
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Aplicaciones
Los semiconductores orgánicos son utilizados en el ámbito de
la optoelectrónica para el desarrollo de:
Diodos orgánicos emisores de luz (OLED) con los Energía solar.Transistores de efecto de campo o FET. Ventanas inteligentes que se oscurecen cuando hay demasiado sol. (Que ya utilizan esta tecnología para hacer lentes que se oscurece cuando se sale al exterior). Papel electrónico
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Organic LED - Estructura
Cátodo: Metal
Ánodo: conductor opticamente transparente
Al combinarse un huecoy un electrón se emiteun fotón
Material organicofluorescente
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Organic LED - PMOLED
VentajasEstructura simpleCosto reducidoDiversos tamaños
DesventajasMenor mobilidad comparado con los wafers de SilicioGeneralmente no operan bajo el modo inversión
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Organic LED - AMOLED
VentajasElectrónica integradaAlta resolución
DesventajasMayor costo de fabricaciónEstructura mas compleja
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Organic LED
Ventajas
Diseño robustoAngulo de visión de 160° aún con iluminación ambiental intensaAlta resoluciónReducido espesorDe un 20% a un 50% mas economico que el LCDMas livianoNo requiere lámparas, polarizadores ni difusores adicionalesSe puede fabricar en materiales plásticosFlexiblesTransparentes
DesventajasDificultades en la fabricaciónPoca confiabilidad en los colores
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Transistores Organicos
Son transistores que utilizan moleculas organicas en lugarde Silicio para su material activo. Este puede estarcompuesto por una amplia variedad de moleculas.Ventajas
Compatibilidad con sustancias plasticasBaja temperatura de fabricación (60-120° C)Menor costo en los procesos de deposición como spin-coating, printing, evaporation
DesventajasMenor mobilidad comparado con los wafers de SilicioGeneralmente no operan bajo el modo inversión
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Organic FET
De similares características al MOSFETLos OFET operan en modoacumulación. Esto hace dificil de implementar la logicacomplementaria, pero existevarias soluciones para elloUna tecnica es utilizando capazde semiconductores organicospara lograr heteroestructuras quepermitan canales N y P.
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Organic FET
Si no aplicamos tensión de Gate, al no estar dopado intrinsecamente no habrá portadores circulando. Por lo tanto si aplicamos una tensión Source-Draincirculará una corriente minima debido a la alta resistencia del semiconductor.
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Organic FET
Si aplicamos un voltaje negativo, se inducen cargas positivas, formando un canal P. Si el nivel de Fermi de Source/Drain esta cerca del nivel HOMO, entonces aplicando una Vdscircularan cargas positivas. Entonces decimos que se trata de un semiconductor tipo P.
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Organic FET
Si aplicamos un voltaje positivo, se inducen cargas negativas, formando un canal N. Si el nivel de Fermi de Source/Drain esta cerca del nivel LUMO, entonces aplicando una Vdscircularan cargas negativas. Entonces decimos que se trata de un semiconductor tipo P.
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Organic TFT
Los TFTs son transistores creados utilizando films delgados, en general de Silicio depositado sobre vidrio. El Silicio depositado debe ser cristalizado usando pulsoslaser a altas temperaturas.Los OTFTs compiten fuertemente con los inorganicospues sus capas activas pueden ser depositadas a temperaturas mucho menores (alrededor de 60° C)
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Organic TFT
Ventajas
No requiere un sustrato de vidrioBaja temperatura de fabricaciónSe puede crear sobre plasticoTécnicas de deposición de mucho menor costo
Desventajas
Algunas complicaciones debido a su fotoresistenciaBaja movilidad y velocidad de transición
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Celulas Fotovoltaicas
Celulas solares organicasProducen electricidad a partir de la luz solar utilizandopolimeros semiconductores
Fulereno
(Tipo “n”)
Par de Enlaces
PEDOT (tipo “p”)
Sulfonato de Estireno (tipo “p”)
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Celulas Fotovoltaicas
Principio de funcionamiento
En una analogía con semiconductores inorganicos: Los fotones recibidos de la luz solar hacen que los electronespasen a la banda de conducción
La energía necesaria para ello determina la máxima longitudde onda que puede ser convertida en energía eléctrica
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Celulas Fotovoltaicas
Ventajas
Puede ser depositada en superficies flexiblesBajo costoLigeras
Desventajas
Poca vida útil (degradación debida a la luz solar)Bajo rendimiento (menores al 5%)
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RF ID Transponder
Identificación por radiofrecuenciaTrabaja con frecuencias mayores a 1MHzMenor costo de fabricaciónMenor espesor
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Organic Smart Pixel
Integrando un OLED con un OTFTRápida velocidad de respuestaMenor costo de fabricación debido a la integración
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Piel Sintetica
También denominada E-SkinCapaz de dar “sensibilidad” al tacto, temperatura, etc.Utilizada en robotsEsta formada por una red de transistores organicosLa misma es flexible y toma la forma del objeto a cubrir