來(lái)自Humboldt-Universität和Helmholtz-Zentrum Berlin的團(tuán)隊(duì)探索了碳氮化物族的新材料?；谌旱氖嫉?TGCN)是一種非常適合光電子應(yīng)用的半導(dǎo)體。它的結(jié)構(gòu)是二維的，讓人聯(lián)想到石墨烯。然而，與石墨烯不同，垂直于其2D平面的方向上的導(dǎo)電率比沿著平面本身高65倍。一些有機(jī)材料可能與光電子學(xué)中的硅半導(dǎo)體類似地使用。無(wú)論是在太陽(yáng)能電池，發(fā)光二極管還是在晶體管中 - 重要的是帶隙，即價(jià)帶(束縛態(tài))和導(dǎo)帶(移動(dòng)態(tài))中電子能級(jí)之間的差異。電荷載流子可以通過(guò)光或電壓從價(jià)帶升高到導(dǎo)帶。這是所有電子元件運(yùn)行的原理。一到兩個(gè)電子伏特的帶隙是理想的。

柏林洪堡大學(xué)化學(xué)家Michael J. Bojdys博士領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)最近在碳氮化物族中合成了一種新的有機(jī)半導(dǎo)體材料?；谌旱氖嫉?或TGCN)僅由碳和氮原子組成，可在石英基板上生長(zhǎng)為棕色薄膜.C和N原子的組合形成類似于石墨烯的六邊形蜂窩，石墨烯由純碳組成與石墨烯一樣，TGCN的晶體結(jié)構(gòu)是二維的。然而，石墨烯的平面電導(dǎo)率很好，而其垂直電導(dǎo)率很差。在TGCN中恰恰相反：垂直電導(dǎo)率比平面電導(dǎo)率大約65倍。TGCN的帶隙為1.7電子伏特，是光電子應(yīng)用的理想選擇。

HZB物理學(xué)家Christoph Merschjann博士隨后在JULiq激光實(shí)驗(yàn)室(HZB和柏林自由大學(xué)的JointLab)中使用時(shí)間分辨吸收測(cè)量法在毫微微納秒范圍內(nèi)研究了TGCN樣品中的電荷傳輸特性。這些類型的激光實(shí)驗(yàn)使得可以將宏觀電導(dǎo)率與理論模型和微觀電荷傳輸?shù)哪M聯(lián)系起來(lái)。通過(guò)這種方法，他能夠推斷出載流子穿過(guò)材料的方式。“它們不會(huì)水平地離開三嗪的六邊形蜂窩，而是沿對(duì)角線移動(dòng)到相鄰平面中的下一個(gè)三嗪六邊形。它們沿著管狀通道穿過(guò)晶體結(jié)構(gòu)。”這種機(jī)制可以解釋為什么垂直于平面的電導(dǎo)率遠(yuǎn)高于沿平面的電導(dǎo)率。然而，這可能不足以解釋65的實(shí)際測(cè)量因子。“我們還沒(méi)有完全理解這種材料中的電荷傳輸特性，并希望進(jìn)一步研究它們，”Merschjann補(bǔ)充道。在Wannsee的ULLAS / HZB，JULiq之后使用的分析實(shí)驗(yàn)室，正在為實(shí)現(xiàn)此目的的新實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備設(shè)置。

“因此，TGCN是目前替代普通無(wú)機(jī)半導(dǎo)體(如硅及其關(guān)鍵摻雜劑，其中一些是稀有元素)的最佳候選者，”Bojdys說(shuō)。“我們?cè)贖umboldt-Universität小組開發(fā)的制造工藝，在絕緣石英襯底上生成平坦的半導(dǎo)體TGCN層。這有助于電子器件的升級(jí)和簡(jiǎn)單制造。