Une équipe de recherche conjointe composée de chercheurs de l’Université de science et de technologie de Pohang (POSTECH) et de l’Université Sungkyunkwan en Corée du Sud a révélé pour la première fois le mécanisme moléculaire par lequel des impuretés traces, c’est-à-dire des dopants, peuvent inverser la polarité des charges dans les semi-conducteurs polymères organiques.

Les semi-conducteurs sont des matériaux centraux pour réguler le courant dans les appareils électroniques modernes. Bien que les semi-conducteurs à base de silicium offrent d’excellentes performances, leur rigidité limite leur application dans des domaines comme les affichages étirables et les produits électroniques portables. Les semi-conducteurs polymères organiques, légers et mécaniquement flexibles, sont des candidats idéaux pour les produits électroniques de nouvelle génération. Cependant, la disponibilité limitée de matériaux semi-conducteurs organiques de type n stables est un frein majeur à leur développement. La plupart des polymères conjugués présentent naturellement une caractéristique de type p, tandis que les matériaux de type n existants ont une faible stabilité environnementale. Pour des applications pratiques, une stratégie permettant de réaliser à la fois des fonctions de type p et de type n dans un seul système polymère est nécessaire.

L’équipe de recherche a résolu ce problème en utilisant le phénomène d’inversion de polarité. Lorsque un polymère de type p est dopé avec une concentration suffisamment élevée de dopant de type p, le porteur principal passe des trous aux électrons, réalisant une inversion de polarité dépendante de la concentration. Pour révéler le mécanisme sous-jacent, l’équipe a analysé des films polymères dopés avec AuCl₃, découvrant que pendant le dopage, l’état d’oxydation des ions or et chlorure change, déclenchant une réaction de substitution chlorée, entraînant une réorganisation de la structure de la chaîne principale du polymère, et finalement pilotant l’inversion de polarité. Sur la base de ce mécanisme, les chercheurs ont préparé une diode à jonction homéotypique organique ap-n, dont le rapport de rectification dépasse de loin celui des diodes organiques traditionnelles à matériau unique, montrant un potentiel pour des appareils électroniques hautes performances, flexibles et à structure simplifiée.