Con una arquitectura rediseñada, estos nuevos diodos Schottky están diseñados para mejorar los dispositivos de comunicación.

Los semiconductores orgánicos comparten muchas de las mismas propiedades físicas que sus equivalentes inorgánicos a base de silicio. Sin embargo, son más baratos de fabricar y más flexibles, lo que podría ampliar el alcance.

Si bien son prometedores y están respaldados por una extensa investigación, estos materiales tienen la desventaja de que las cargas eléctricas se mueven mucho más lentamente que en sus contrapartes inorgánicas. Este obstáculo ha sido durante mucho tiempo una barrera para la aplicación de semiconductores orgánicos en aplicaciones de rápido movimiento, como la electrónica de comunicaciones.

El diodo Schottky, como todos los diodos electrónicos, permite que la corriente eléctrica pase en una dirección pero bloquea el flujo en la otra. La principal diferencia entre este y el diodo pn más omnipresente es que el diodo Schottky puede cambiar de estado conductor a no conductor mucho más rápido, una propiedad que lo hace esencial para aplicaciones de alta frecuencia.

La velocidad de los diodos Schottky generalmente está limitada por la capacitancia y la resistencia del dispositivo, un reino de fuerza de los semiconductores orgánicos debido a su baja movilidad del portador de carga. Estos dispositivos se ensamblan convencionalmente en arquitecturas de sándwich en las que los semiconductores, los metales y los contactos eléctricos se colocan uno encima del otro.

En un estudio publicado recientemente en Advanced Materials, el equipo de KAUST rediseñó la arquitectura de este dispositivo y colocó las dos conexiones eléctricas una al lado de la otra. El semiconductor orgánico, denotado como CdieciséisIDT-BT, se colocó en un pequeño espacio de solo 25 nanómetros entre los diodos. Esta estructura le dio a los diodos una capacitancia ultrabaja y una resistencia extremadamente baja. Demostraron que este diodo Schottky operaba hasta una frecuencia de 6 gigahercios (6 mil millones de ciclos por segundo). Luego pudieron expandir esto a 14 gigahercios dopando químicamente el semiconductor con otra molécula.

«Nuestros resultados muestran que los semiconductores orgánicos son capaces de operar en el rango de frecuencia 5G, como su contraparte inorgánica», dijo el autor principal del estudio, Kalaivanan Loganathan. «Con el beneficio adicional de ser económico de producir en masa a través del procesamiento de soluciones».

El equipo espera integrar sus diodos en circuitos de alta frecuencia, etiquetas de identificación y dispositivos inalámbricos de recolección de energía.

«A diferencia de sus contrapartes inorgánicas, los semiconductores orgánicos son baratos y fáciles de procesar a través de rutas basadas en soluciones, como la impresión o el recubrimiento con cuchillo y matriz», explicó Loganathan. «Para que esta tecnología sea utilizable para la banda de frecuencia 5G, se deben fabricar diodos Schottky orgánicos».

Referencia: Kalaivanan Loganathan, et al., Diodos Schottky de 14 GHz con un polímero orgánico dopado con p, Materiales avanzados (2022). DOI: 10.1002/adma.202108524; Comunicado de prensa proporcionado por KAUST

© 2022 KAUST

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