Cómo entender la teoría de HOMO y LUMO en el contexto de transistores de efecto de campo orgánico (OFET) y semiconductores

Piense en un FET de tipo n. Un electrón necesita moverse de una molécula a la siguiente, y lo hace, en general, por cargas negativas que se alejan del cátodo. Esto sucede en un semiconductor orgánico ‘saltando’ de una molécula a otra, en lugar de hacerlo en un metal que se mueve a través de un campo de capas de valencia. Este ‘salto’ es un tipo de transporte difusivo, específicamente una reducción de un solo electrón (el término más correcto es transferencia de un solo electrón) a través del LUMO de la próxima molécula, y así sucesivamente en la línea de moléculas orgánicas.
Hay algunas complicaciones:
Debido a que este proceso tiene lugar en una atmósfera oxidante (es decir, con agua / aire en la atmósfera), es más difícil hacer una ‘reducción única a través de LUMO’ del circuito de tipo n que una ‘oxidación a través de HOMO’ del circuito de tipo p con moléculas orgánicas.
Creo que la parte más complicada que se relaciona directamente con los FET es cómo interactúan los materiales entre sí.
El movimiento de los electrones es más eficiente cuando se controla a lo largo de cierto eje de moléculas orgánicas. Por ejemplo, considere el apilamiento pi de aromáticos. Llamemos a esta pila el eje ‘x’ de las moléculas orientadas. El movimiento de electrones a través de las moléculas se vuelve más eficiente cuando este eje ‘x’ está controlado y relativamente ordenado (aunque técnicamente puede ser un sistema ‘desordenado’). Como una propiedad inherente de esto, el movimiento de electrones 90 grados hacia ese eje ‘x’ muy eficiente (y o z) se vuelve menos eficiente. Por lo tanto, es más difícil controlar la capacitancia en la puerta. Lo contrario también puede ser cierto, una capa delgada podría unirse de manera más eficiente a un dieléctrico orgánico delgado, y el control de la capacitancia a través de la puerta podría aumentar, pero luego habría una pérdida de eficiencia de la fuente y el drenaje cuando la puerta está apagada. Algunas personas en los últimos años incluso han utilizado una solución ionizante como la puerta de voltaje, pero eso es bastante lento.
Hay formas de tener resultados relativamente óptimos en tres dimensiones con moléculas orgánicas, pero es más difícil. Sin embargo, la investigación en esta área está progresando. Más allá de eso, no es mi principal campo de investigación, espero que ayude.