ОРГАНІ́ЧНА ЕЛЕКТРО́НІКА — галузь електроніки, що ви­вчає, роз­робляє та виготовляє електрон­ні прилади (а також їхні функціональні елементи) на основі матеріалів органічної хімії: органічних макромолекул або полімерів. Вона тісно повʼязана з фізикою, хімією, біо­логією, медициною, інформаційними технологіями.

1977 опубл. результати перших дослідж., присвячених створен­ню органічних матеріалів, що мають напів­провід­ник. властивості (див. також Напівпровідники), а 2000 япон. хімік Х. Шіракава та амер. фізико-хіміки А. Гіґер і А. Макдіармід за від­кри­т­тя провід­ності у полімерах отримали Нобелівську премію. Однак, перш ніж О. е. роз­винулася в окрему галузь, ви­дано низку праць, метою яких було продемонструвати функціональність прототипів майбут. електрон. приладів. На­прикінці 1980-х рр. япон. дослідники А. Цумура, Х. Коезука та А. Цунея створили перший орган. польовий транзистор (organic field effect transistor, OFET), Ч. Танг — орган. світлови­промінюючий діод (organic light emitting diode, OLED) та орган. фотовольтаїч. елемент (organic photo voltaics, OPV). На поч. 1990-х рр. швейцар. хімік М. Ґретцель за­пропонував принцип роз­робле­н­ня фоточутливих комірок з викори­ста­н­ням електроду з роз­винутою поверх­нею, створеною нанесе­н­ням колоїд. частинок оксиду титану з фоточутливим шаром барвника. Завдяки великій площі контактува­н­ня 2-х різних матеріалів вдалося досягнути знач. ефективності пере­творе­н­ня соняч. енергії в електричну. Саме такий принцип утворе­н­ня фоточутливих елементів використовують для виготовле­н­ня фотовольтаїч. елементів на основі фулеренів або їх похідних як матеріалу n-типу та орган. напів­провід­ників p-типу. Вони мають ефективність 8,3 %, а їхня собівартість значно нижча, ніж при­строїв на основі кремнію.

Загалом зав­да­н­ня О. е. фактично є такими ж, як у класичній електроніці. Серед них — ви­вче­н­ня електрон. процесів та формува­н­ня на основі цих досліджень наук. засад для роз­робле­н­ня, створе­н­ня та подальшого комерц. впровадже­н­ня при­строїв для обробле­н­ня, збереже­н­ня та пере­дава­н­ня інформації, а також пере­творе­н­ня енергії різних видів (електрич., світл., тепл., механічної).

Нині саме електрон­ні процеси є най­ефективнішим засобом для кодува­н­ня інформації у ви­гляді фіз. явищ. Так, зокрема, електрон­ні пере­ходи та електрон­ні потоки можна реєструвати у ви­гляді оптич. або електрич. сигналів, а електрич. заряд, створений сукупністю електронів, можна зберігати як біт інформації. Для джерел енергії також кінц. ланкою пере­важно є електричне коло, де електрич. струм є потоком зарядів (електронів або іонів). Тому з точки зору пере­творе­н­ня енергії зацікавленість для подальшого за­стосува­н­ня викликають фіз. процеси з пере­творе­н­ням електрич. енергії. Напр., пере­творе­н­ня електрич. енергії у світлову реалізують за допомогою світлодіодів (LED, light emitting diode), а зворотнє пере­творе­н­ня (ви­промінюва­н­ня в електрику) — детекторів ви­промінюва­н­ня або соняч. фотовольтаїч. модулів (соняч. батарей). Хоча твердотіл. електроніка та О. е. загалом орієнтовані на викона­н­ня подібних зав­дань, проте кожна за­ймає свою специфічну нішу. Сучасна твердотіл. електроніка, особливо якщо йдеться про її викори­ста­н­ня в галузі інформ. технологій, спрямована на по­стійне збільше­н­ня щільності елементів, якими є високоефективні напів­провід­ник. прилади на основі кри­сталічних напів­провід­никових матеріалів. О. е., на від­міну від твердотіл. електроніки, зорієнтована пере­важно на зниже­н­ня собівартості електрон. при­строїв, а також по­єд­на­н­ня їх функціональності та мех. гнучкості.

Матеріалами О. е. є речовини орган. хімії, для яких характерна наявність електро­провід­ності. Залежно від величини електро­провід­ності такі матеріали часто називають орган. провід­никами або орган. напів­провід­никами. Для створе­н­ня з них напів­провід­ник. структур використовують методи зі зменшеним рівнем енерговитратності, напр., такі, що використовують низькотемпературні процеси (з т-рою до 200 °C) нанесе­н­ня елементів з газової фази (напр., хім. осадже­н­ня з газової фази — chemical vapour deposition, CVD) або з викори­ста­н­ням роз­чинів (метод золь-гель; нанесе­н­ня на під­кладинку, що обертається, — spin-coating; метод друку — printing та ін.). Такі технології створе­н­ня приладів О. е. дають можливості використовувати гнучкі під­кладинки, що є сут­тєвим у багатьох за­стосунках, де гнучкість та легкість приладу, а також від­носно низька собівартість його створе­н­ня є істот. критеріями, заради яких частково можна пожертвувати його функціонал. ефективністю чи швидкодією.

Важливою властивістю напів­провід­ників є можливість керувати провід­ністю шляхом додава­н­ня певних домішок, що можуть або донувати частину своїх електронів на вільні незаповнені стани (донорні домішки), або частково від­бирати електрони з повністю заповнених станів (акцепторні домішки). Процес додава­н­ня домішок для керува­н­ня провід­ностю в О. е. називають допува­н­ням (doping; у твердотіл. електроніці — легува­н­ням). З його допомогою утворюється електрон­на (n-типу) або дірк. (p-типу) провід­ність. Оста­н­ня також є різновидом електрон. процесу. Для реалізації p-типу провід­ності необхідно частково звільнити місця на заповнених рівнях. Процес допува­н­ня змінює величину роботи виходу електронів: для p-типу вона більша, для n-типу — менша. В орган. напів­провід­никах електрон. транс­порт від­бувається внаслідок пере­ходів між окремими локалізов. станами (стрибк. провід­ність), тому замість термінів «зона провід­ності» та «валентна зона» введено такі поня­т­тя, як «найнижча заповнена молекулярна орбіталь» (lowest unoccupied molecular orbital, LUMO) та «найвища заповнена молекулярна орбіталь» (highest occupied molecular orbital, HOMO). Через це рухливість носіїв у орган. напів­провід­ників значно менша, ніж у неорганічних — від­повід­но 10-4–10 см2/(В • с) (найвища рухливість у рубрена) проти 102–104 см2/(В • с), для нелегованого кремнію — 1450 см2/(В • с). Під n- чи p-типом провід­ності для випадку орган. напів­провід­ників потрібно ро­зуміти полярон. тип провід­ності (n-полярон чи p-полярон, від­повід­но), зумовлений тим, що локалізов. надлишк. від­ʼємний чи додат. заряд спричиняє поляризацію всієї молекули, внаслідок чого атоми зміщуються, частково екрануючи цей надлишк. заряд.

У приладах О. е. використовують 2 типи напів­провід­ник. структур: діодні структури та польові транзистори. Діодна структура — контакт 2-х різних напів­провід­ник. матеріалів, що мають різне значе­н­ня роботи виходу ϕ електронів (енергії, що ви­значає процес емісії електрону у вакуум). Для цього використовують або матеріал з різними типами провід­ності в різних зонах (p-n-пере­хід), або два різні матеріали (гетероперехід — hetero junction, HJ). Для О. е. пере­важно використовують HJ. Через те, що компоненти діод. структури мають різні значе­н­ня ϕ, на границі роз­ділу від­бувається пере­хід електронів з матеріалу з меншим значе­н­ням ϕ в матеріал з більшим ϕ. В результаті в HJ виникає електричне поле (вбудоване поле), наявність якого також сприяє роз­ділен­ню зарядів, що генеруються унаслідок по­глина­н­ня кванта світла.: додатні заряди дрейфують в один матеріал структури, від­ʼємні — в ін. Це дає можливість використовувати HJ для створе­н­ня фотодетекторів та фотовольтаїч. пере­творювачів енергії, у випадку О. е. — орган. фотовольтаїч. елементів (organic photo voltaics, OPV). Під­ключе­н­ня діод. структури до джерела живле­н­ня у пропуск. напрямку («+» до матеріалу p-типу, а «-» до n-типу) створює умови для інжекції неоснов. носіїв (носіїв протилеж. типу провід­ності), в результаті чого утворюються збуджені електрон­ні стани, що релаксують з ви­промінюва­н­ням фотону. На цьому ґрунтується принцип дії світлодіоду (LED) або орган. світлодіоду (OLED). Польовий транзистор — багатошар. структура, що містить 3 контактні виходи: 2 з них (витік і стік) зʼ­єд­нані з шаром напів­провід­ника (ка­налом), провід­ність якого можна змінювати, використовуючи ефект поля, тобто змінюючи електрич. потенціал на 3-му електроді (затвор), роз­ташованому над ка­налом. Між ка­налом і затвором роз­міщено шар ді­електрика. Вперше ідею викори­ста­н­ня ефекту поля для керува­н­ня провід­ністю в провід­ному ка­налі за­пропонував укр. фізик Ю.-Е. Лілієнфельд (запатентовано 1930 у США). У випадку О. е. частіше використовують термін «орган. тонкоплівк. транзистор» (organic thin film transistor, OTFT). Подальше вдосконале­н­ня технології OTFT створює елементну базу для виготовле­н­ня інтеграл. схем на гнучких під­кладках. Крім того, за допомогою цієї технології виготовляють конденсатори, що в по­єд­нан­ні з польовими транзисторами за­стосовують для виробництва актив. матриць (АМ) для збереже­н­ня інформації та створе­н­ня засобів зображе­н­ня.

Для виготовле­н­ня на­званих структур необхідні такі осн. елементи: деяка тверда основа — під­кладинка; електричні контакти для під­веде­н­ня та від­веде­н­ня струму; актив. елемент, що складається з напів­провід­ників. Для твердотіл. структури під­кладинкою є сам кри­стал неорган. напів­провід­ника. Для О. е. потрібно використовувати іншу несучу основу, оскільки орган. напів­провід­ники пере­важно виготовляють у ви­гляді плівки, яку потрібно наносити на тверду поверх­ню. Для багатьох за­стосунків як матеріал під­кладки використовують гнучкий полімер, напр., поліетилентерефталат (PET). У низці випадків під­кладинку виготовляють зі скла. Для створе­н­ня електрич. контактів з малим опором необхідні провід­ники з різним значе­н­ням роботи виходу залежно від типу напів­провід­ника: для p-типу — велика робота виходу, для n-типу — мала. Якщо потрібно під­водити або від­водити світло (OPV чи OLED), то контакти мають бути про­зорими у видимому діапазоні. Найчастіше для контактів використовують тонкі плівки металів (Ag, Au, Al), оксидів металів, зокрема т. зв. про­зорих оксидів (transparent conducting oxides, TCO), серед яких найпоширенішими є суміш двох оксидів: оксиду індію та олова (indium tin oxide, ITO) як контакт p-типу або ZnO легований алюмінієм для матеріалу n-типу. У більшості приладів О. е. використовують такі орган. провід­ники, як поліанілін (PANI) і poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrenesulfonate (PEDOT:PSS). Серед орган. напів­провід­ників — полімери poly(p-phenylenevinylene) (PPV) та poly[2-methoxy-5-(2-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylene-vinylene] (MEH-PPV), poly(3-hexylthiophene) (P3HT); орган. макромолекули, до яких належать фталоцианіни металів, пентацен, рубрен, tetra¬cyanoquinodimethane (TCNQ), похідні фулеренів indene-C60bisadduct (ICBA) та [6,6]-phenyl-C61-butyric acidmethylester (PCBM). На основі цих матеріалів, що по­єд­нують у різних комбінаціях для створе­н­ня діод. чи транзистор. структур, виготовляють світлови­промінюючі прилади (екрани для пере­дава­н­ня зображе­н­ня, освітлювал. прилади), різноманітні датчики (світла, вологості, іонізуючого ви­промінюва­н­ня, пере­міще­н­ня, тиску), пере­творювачі енергії (фотовольтаїчні елементи, пере­творювачі енергії мех. вібрацій), суперконденсатори та інтеграл. схеми.