Polímero semiconductor

Els Polímero semiconductors actuen de manera similar als semiconductors dopats en silici o germani. La seua conductivitat es troba en el ranc intermig entre els aïllants i els conductors. Existixen 3 tipos de semiconductors: Expromero, Ipromero i Uimero.

La semiconducción en polímero és un efecte per la deslocalisació d'electrons π en una seqüència alternante d'enllaços senzills i dobles, per eixemple:

Història

En 1975 Hideki Shirikawa va preparar un sistema completament format per cadenes unides en posició trans, en la qual cosa quedaven electrons π conjugats i per lo tant en deslocalisació, va formar películes de poliacetileno i a estes les va tractar en halógenos: halogenación i deshalogenación.

Per a analisar les cadenes polímericas va planejar l'us d'anàlisis de l'espectre infrarrojo, no obstant l'espectrómetro no va detectar cap espectre del material, sino una absorció del 100% quan el Halógeno de Clor va ser afegit. Shirikawa reconeix que al principi no va pensar que el clor podria ser un portador de càrregues i per tant ser el primer polímero conductor de l'història.

MacDiarmid i Heeger varen descobrir que els poliacetilenos de Shirikawa podien ser dopats en: I₂, Br₂, AsF₅, etc.

Els enllaços podien ser Cis o Trans, mentres anaren enllaços conjugats.

Trans

• Sense dopage: 10^-3-10^-2 S m^-1
• Dopat: 10²-10³ Sm^-1

Cis

• Sense dopage: 10^-8-10^-7 Sm^-1
• Dopat: 10²-10³ Sm^-1

Conducció

Els metals conduïxen, segons la teoria de bandes degut a que no hi ha separació entre les bandes de valència i les bandes de conducció, en canvi en els aïllants estes bandes estan separades i necessiten tindre un excés d'energia per a conduir. Els polímero que naturalment són aïllants, gràcies a l'interacció d'enllaços alternantes senzills i dobles es crea un espai entre les bandes "Homo" i "Lumo", és dir, entre la banda de valència i de conducció.

Per mig del dopage, es conseguix la creació de portadors "lliures" que actuen ya siga en oxidació o en reducció. Es formen radicals cationes o aniones.

La tasca de l'agent de dopage és afegir o eliminar electrons en la cadena de polímero per mig d'una reacció de tipo redox.

Igual que en els semiconductors tradicionals, es pot parlar de dopages n i p, a on P és un dopage oxidativo i n és un reductivo.

En el dopage es conseguixen establir nivells d'energia intermijos permissibles entre les bandes, a on els radicals, cationes o aniones permeten el fluix d'electrons.

Si el radical és neutral, llavors es diu solitón neutral, no obstant són també possibles càrregues localisades sense radical, estes són cridades solitón positiu (catión) i solitón negatiu (anión).

La conductivitat elèctrica en polímero es relaciona segons la següent equació: $\sigma =n𝒆\mu$ a on:

• n: Densitat de càrrega dels portadors (forats / electrons)
• i: Càrrega dels portadors
• μ: Movilitat de càrrega dels portadors

Les característiques del transport de càrregues es veuen afectades pels efectes de desorde, de manera que la major entropía produïx menor conducció, no obstant produir un polímero completament ordenat és impossible, per lo manco a curt determini, pels processos de relaixació. Per eixemple, el poli(3-alquil tiofeno) incrementa la seua conductivitat de 10^-5 a 10^-2 cm²/Vs quan les molècules s'ordenen.

Mentres que els metals i els semiconductors convencionals decrementan la seua conductivitat en aumentar la temperatura, els polímero incrementen la seua conductivitat en aumentar la temperatura. Açò es deu a que s'alcança l'energia necessària per a conseguir la deslocalisació de les càrregues i és molt fàcil per a elles intercanviar-se entre segments de la cadena.

Eixemples de polímero que s'utilisen com a semiconductors: