有機半導體，取得新進展！_風聞
半导体产业纵横-半导体产业纵横官方账号-赋能中国半导体产业，我们一直在路上。1小时前
研究人員在有機半導體領域取得了數十年來的突破性進展。
隨着現代信息科技的發展，功能芯片的集成密度越來越高，硅基芯片集成器件的密度已經超過2億個晶體管每平方毫米。目前，集成電路芯片主要採用單晶硅製造。與硅材料相比，有機半導體材料具有本徵柔性、生物相容性、成本低廉等優勢，在可穿戴電子設備、生物電子器件等新興領域具有重要應用前景，是一種具有重要應用前景的半導體材料。
然而，基於有機半導體制造的有機芯片在集成度方面卻遠遠落後於硅基芯片。
由劍橋大學和埃因霍温理工大學領導的研究人員創造了一種有機半導體，可以迫使電子以螺旋模式移動，這可以提高電視和智能手機屏幕中 OLED 顯示器的效率，或為自旋電子學和量子計算等下一代計算技術提供動力。
他們開發的半導體發出圓偏振光，這意味着光攜帶有關電子“左手性或右手性”的信息。大多數無機半導體（如硅）的內部結構是對稱的，這意味着電子在它們中移動時沒有任何優先方向。
然而，在自然界中，分子通常具有手性（左手或右手）結構：就像人的手一樣，手性分子是彼此的鏡像。手性在 DNA 形成等生物過程中發揮着重要作用，但在電子學中，它是一種難以駕馭和控制的現象。
手性半導體研究人員利用受自然啓發的分子設計技巧，通過推動半導體分子堆疊形成有序的右旋或左旋螺旋柱，成功製造出手性半導體。他們的研究成果發表在《科學》雜誌上。
手性半導體的一個有前景的應用是顯示技術。目前的顯示器通常會因為屏幕過濾光線的方式而浪費大量能源。研究人員開發的手性半導體可以自然發光，從而減少這些損失，使屏幕更亮、更節能。
“當我開始研究有機半導體時，很多人懷疑它們的潛力，但現在它們卻主導着顯示技術，”共同領導這項研究的劍橋大學卡文迪什實驗室的理查德·弗倫德教授説。
“與剛性無機半導體不同，分子材料具有令人難以置信的靈活性——使我們能夠設計全新的結構，例如手性 LED。這就像玩樂高積木，裏面有各種你能想象到的形狀，而不僅僅是長方形的磚塊。”
螺旋前進該半導體基於一種名為三氮雜芳烴 (TAT) 的材料，該材料可以自組裝成螺旋堆棧，使電子能夠沿着其結構螺旋前進，就像螺絲的螺紋一樣。
“當受到藍光或紫外線激發時，TAT 會發出具有強烈圓偏振的亮綠光——這種效果迄今為止在半導體中很難實現，”埃因霍温理工大學的共同第一作者Marco Preuß説道。“TAT 的結構允許電子有效移動，同時影響光的發射方式。”
通過改進 OLED 製造技術，研究人員成功將 TAT 融入到工作圓偏振 OLED (CP-OLED) 中。這些設備表現出破紀錄的效率、亮度和偏振水平，成為同類產品中最好的。
“我們基本上重新設計了製造智能手機中 OLED 的標準配方，使我們能夠將手性結構困在穩定的非結晶基質中，”共同第一作者、劍橋大學卡文迪什實驗室的 Rituparno Chowdhury 説道。“這為製造圓偏振 LED 提供了一種實用的方法，而這長期以來一直是該領域的難題。”
數十年的合作這項工作是弗倫德研究小組與埃因霍温理工大學伯特·梅耶爾教授小組數十年合作的一部分。“這是製造手性半導體的真正突破，”梅耶爾説。“通過精心設計分子結構，我們將結構的手性與電子的運動結合起來，這是以前從未在這種水平上做到過的。”
手性半導體代表着有機半導體領域的進步，目前有機半導體支撐着價值超過 600 億美元的產業。除了顯示器之外，這一發展還對量子計算和自旋電子學有影響——自旋電子學是利用電子自旋或固有角動量來存儲和處理信息的研究領域，可能帶來更快、更安全的計算系統。
這項研究得到了歐盟居里夫人培訓網絡和歐洲研究理事會的部分支持。
*聲明：本文系原作者創作。文章內容系其個人觀點，我方轉載僅為分享與討論，不代表我方贊成或認同，如有異議，請聯繫後台。