Semiconductor orgánico

Un semiconductor orgánico es un compuesto orgánico bajo la forma de un cristal o un polímero, que muestra propiedades similares a las de los semiconductores inorgánicos.

Estas propiedades son la conducción por los electrones y los huecos, y la presencia de una banda prohibida. Estos materiales han dado lugar a la electrónica orgánica, o electrónica de los plásticos. Por organica 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 los de silicio.

Orígenes de la conductividad

La conductividad en un semiconductor orgánico está asegurada por los portadores de carga, de los que conocemos bien dos tipos: los electrones (los electrones π *) y los huecos (los electrones π no pareados). 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. Los hidrocarburos aromáticos policíclicos son ejemplos de este tipo de semiconductores. Sin embargo, los polímeros conductores tienen una elevada resistencia frente a los conductores inorgánicos. Se pueden dopar los materiales orgánicos con metales para aumentar su conductividad.

Similitudes con los semiconductores inorgánicos

Los semiconductores orgánicos poseen características similares a los semiconductores inorgánicos. La siguiente tabla muestra sus correspondencias de manera sucinta:

Semiconductor inorgánico	Semiconductor orgánico
Banda de valencia	HOMO
Banda de conducción	LUMO
Banda prohibida	Banda prohibida

Además, como los semiconductores inorgánicos, los semiconductores orgánicos pueden ser dopados, es decir, que pueden producir electrones en exceso (dopaje N ) o huecos (dopaje P). En los semiconductores inorgánicos, esto se hace, generalmente, por implantación iónica, es decir, mediante la adición de iones en los semiconductores. Estos iones tienen electrones de valencia extra o en defecto, según el caso, lo que permite añadir los portadores de carga deseados. Sin embargo, esta técnica requiere mucha energía par dopar las películas de los semiconductores orgánicos, que son demasiado frágiles para este tipo de intervención. La técnica preconizada es exponer la película de semiconductores orgánicos al paso de vapor de un oxidante o un reductor, que tiene el efecto de eliminar o añadir electrones a la película. Los semiconductores muy dopados tales como la polianilina (Ormecon) y el Pédot: PSS también son llamados metales orgánicos.

Ventajas y desventajas

Los semiconductores orgánicos ofrecen varias ventajas:

• Ligeros: de fácil portabilidad
• Flexibilidad: menos frágiles que los semiconductores inorgánicos que se depositan sobre sustratos rígidos y planos.
• La facilidad de fabricación y ensamblaje: los semiconductores son en general fácil y económicos de fabricar en el laboratorio. La ingeniería química puede desarrollar moléculas que se autoensamblen. Estos métodos de fabricación contrastan con el proceso de fabricación más difícil y costoso de las tecnologías inorgánicas; calentar a temperaturas muy altas, por ejemplo.

Esta tecnología también presenta algunas limitaciones:

• Tiempo de vida: La vida útil de los dispositivos orgánicos es inferior a los tradicionales LCD. Esto es debido a la decoloración (bleachingen inglés) de las moléculas orgánicas que emiten luz de color.
• Desechables: La industria de semiconductores orgánicos considera, debido a su bajo costo y facilidad de fabricación, la posibilidad de fabricar dispositivos electrónicos desechables. Hay dudas acerca del aspecto ecológico de esta fabricación.

Aplicaciones

Los semiconductores orgánicos son utilizados en el ámbito de la optoelectrónica para el desarrollo de:

• Diodos orgánicos emisores de luz (OLED, Organic Light Emitting Diode) con los que se pueden fabricar dispositivos que conmpitan con los LCD (Liquid Crystal Display) de hoy día. La matriz de píxeles de color rojo, verde y azul es fácilmente fabricada ya mediante una técnica de evaporación al vacío, o utilizando la técnica de impresión de inyección de tinta.
• Energía solar
• Transistores de efecto de campo o FET (Field Effect Transistor)
• 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 (e-papel)

Véase también

• Semiconductores de tipo p (donantes de electrones):
  • Tetraceno, Antraceno
  • Politiofeno
  • P3HT – poli(3-hexiltiofeno)
  • MDMO-PPV – poli[2-metoxi-5-(3,7-dimetiloctiloxi)-1,4-fenileno-vinileno]
  • MEH-PPV – poli[2-metoxi-5-(2-etil-hexiloxi)-1,4-fenileno-vinileno]
  • PEDOT – poli(3,4-etilenodioxitiofeno)
  • PEDOT:PSS – poli(3,4-etilenodioxitiofeno) : poli(estireno sulfonato)
• Semiconductores de tipo n (aceptores de electrones) :
  • Fulereno
  • PCBM – [6,6]-fenil-C61-butirato de metilo
  • PCNEPV – poli[oxa-1,4-fenilo-(1-ciano-1,2-vinileno)−(2-metoxi-5-(3,7-dimetiloctiloxi)-1,4-fenileno)-1,2-(2-cianovinileno)-1,4-fenileno]
• Polifluoreno
• PSS – poli(estireno sulfonato)
• Células solares de polímeros