I transistor organici ad effetto di campo (OFET) sono il cuore dell'elettronica in plastica. È stato dimostrato che il doping migliora efficacemente le prestazioni degli OFET. Ci sono due modi principali per dopare gli OSC.

La prima strategia è il doping di massa. Il drogaggio di massa comporta la miscelazione in fase di soluzione o la co-deposizione in fase vapore dei droganti con gli OSC ospiti. Però, il doping di massa introduce difetti strutturali e disordini energetici nel materiale ospite, che riduce la mobilità dei semiconduttori organici.

La seconda strategia è il doping di superficie. Il drogaggio superficiale si ottiene mediante la deposizione di droganti sulle superfici degli OSC ospiti. Rispetto al doping di massa, i droganti non sono incorporati nel reticolo dell'ospite, e così si elimina l'induzione di difetti strutturali e disordini energetici da parte del comune drogaggio di massa.

Di conseguenza, il doping di superficie è considerato una strategia utile per il doping non distruttivo degli OSC. Fino ad ora, droganti di varie strutture sono stati applicati nel drogaggio superficiale. Però, la maggior parte dei droganti sono film sottili policristallini e i loro spessori non sono ben controllati, Perciò, i miglioramenti delle prestazioni degli OSC sono limitati. I cristalli molecolari bidimensionali (2DMC) sono molecole organiche monostrato o a pochi strati disposte periodicamente tenute insieme da interazioni deboli (ad es. legami di idrogeno, interazioni π-π, forze di van der Waals) in un piano bidimensionale. Sono film ultrasottili continui con ordine a lungo raggio.

Inoltre, lo spessore dei 2DMC può essere regolato a livello di monostrato, consentendo un drogaggio altamente controllabile di OSC con precisione monostrato. Di conseguenza, I 2DMC sono materiali potenzialmente favorevoli come droganti per il drogaggio superficiale.

Molto recentemente, Il Dr. Rongjin Li e colleghi dell'Università di Tianjin hanno riportato una strategia di drogaggio superficiale altamente efficace e altamente controllabile basata su un singolo cristallo composito 1-D/2-D per aumentare la mobilità e modulare la tensione di soglia degli OFET.

Sfruttando lo spessore su scala molecolare dei droganti 2DMC, è assicurato uno stretto attaccamento alla superficie degli OSC ospiti e si ottiene un doping efficiente. Ma ancora più importante, lo spessore della scala molecolare del 2DMC con strati controllabili garantisce un drogaggio preciso del materiale ospite con precisione monostrato.

Nel loro studio, Micronastri organici monocristallini 1-D di TIPS-pentacene sono stati adottati come esempio OSC. Rispetto ai materiali incontaminati, la mobilità media degli OFET basati su cristalli singoli compositi 1-D/2-D è aumentata da 1,31 cm ² /V* s a 4,71 cm ² /V* s, corrispondente ad un aumento del 260%. Nel frattempo, si è ottenuta una sostanziale riduzione della tensione di soglia da -18,5 V a -1,8 V. La mobilità massima di 5,63 cm ² /V* s era superiore alla stragrande maggioranza delle mobilità segnalate per TIPS-pentacene per quanto ne sappiamo. Inoltre, alti rapporti on/off fino a 10 ⁸ sono stati mantenuti. Il drogaggio superficiale mediante 2DMC fornisce una strategia altamente efficiente e altamente controllabile per modulare le proprietà optoelettroniche degli OSC per varie applicazioni.