Han utvecklar organiska halvledare för framtidens teknologi

Halvledare är en typ av material som används i nästan all elektronik. Men dagens kiselbaserade halvledare har begränsningar där organiska halvledare kan öppna för nya möjligheter. Feng Gao ska ta sig an de utmaningar som finns innan organiska halvledare kan gå att använda för bland annat energiomvandling och i teknik som efterliknar hjärnans funktion.

I allt ifrån bilar och mobiltelefoner till solceller finns det halvledare. De flesta av dagens halvledarkomponenter består av oorganiska kristallartade material, främst kisel. Även om halvledartekniken har förbättrats kan tekniken inte uppfylla de krav som många nya tillämpningar ställer.  

Ett alternativ är organiska halvledare som är baserade nästan helt på kol och väte. De är flexibla, går att tillverka över stora ytor och är relativt enkla att skapa. Dessutom har de låg vikt och är kompatibla med levande vävnad. De kan även beläggas på nästan alla underlag, inklusive flexibla och transparenta material.

– Organiska halvledare erbjuder ett brett utbud av egenskaper som kan öka mängden tillämpningar och funktioner hos halvledarbaserade enheter som i sin tur kan främja omvandlingen till ett mer hållbart samhälle, säger Feng Gao.

Påverka dopning genom modulatorer

Liksom oorganiska halvledare är tillämpningarna av organiska halvledare starkt beroende av något som kallas dopning, det vill säga ämnen som tillsätts materialet för att öka ledningsförmågan. Det finns två sorter: p-dopning, överskott på positiva laddningsbärare, och n-dopning, överskott på negativa laddningsbärare. Dock ligger utvecklingen av n-dopade organiska halvledare långt efter p-typen.

För att överbrygga gapet mellan n- och p-typerna ska Feng Gao använda olika så kallade modulatorer som påverkar dopningsreaktionen. De modulatorer som Gaos forskarteam designar består av joniska vätskor. 

Tillämpningar för de n-dopade materialen kommer Feng Gao att undersöka inom två huvudsakliga områden – energiomvandling och neuromorfa teknologier. Energiomvandlingsteknologierna innefattar i detta fall solceller, lysdioder och organiska termoelektriska generatorer. 

Neuromorf teknik handlar om att tillverka datorkomponenter som efterliknar funktioner i hjärnan. Tekniken är lovande för att lösa de begränsningar som dagens datorer har när det till exempel gäller processhastighet och storlek.