Elektronik soll in Zukunft auf organischen Halbleitern basieren. Der Forschungskooperation ist es nun gelungen, die Leistungsfähigkeit flexibler, organischer Transistoren zu verbessern. Ihre Ergebnisse präsentieren die Wissenschafter im Fachjournal "Nature Nanotechnology".

Während die Miniaturisierung der Siliziumelektronik langsam, aber sicher an ihre Grenzen stößt, schreitet die Weiterentwicklung organischer Halbleiterelektronik stetig voran. Vor allem im Bereich der Soft Electronics, also der Entwicklung weicher und flexibler elektronischer Geräte, sind die neuen Materialien unverzichtbar.

Ein typischer, organischer Dünnfilmtransistor ist aus mehreren Schichten aufgebaut. Die aktive Schicht aus dem organischen Halbleitermaterial, durch die letztendlich der elektrische Strom fließt, ist dabei auf einer Isolierschicht aufgebracht, die sie von der Gateelektrode trennt. Dem Übergang zwischen den beiden Schichten kommt eine besondere Bedeutung zu, da er die kristalline Ordnung der darauf aufwachsenden Halbleiterschicht bestimmt.

Um diese Ordnung zu maximieren und damit die Leistungsfähigkeit des Transistors zu erhöhen, kommen dabei spezielle Übergangsschichten, sogenannte Self-Assembled Monolayers (SAM) zum Einsatz. SAM sind in der Regel nur eine einzige Moleküllage dick und bilden die geeignete Unterlage für ein geordnetes Wachstum. Sie wurden vor etwa zehn Jahren erstmals eingesetzt und haben damals zu einer Revolution in der organischen Elektronik geführt.

Das Problem dabei: Bisher funktionierten SAM nur auf spröden, anorganischen Isolationsschichten, was die Herstellung flexibler Bauteile erschwerte. In ihrer aktuellen Studie ist es den Forschern um Takao Someya nun aber gelungen, SAMs zu entwickeln, die auch auf Isolationsschichten aus Polymeren funktionieren. Sie besteht aus dreifüßigen Molekülen, die von sich aus eine perfekt geordnete Schicht bilden.

"Unsere SAM bedeckt die ungeordneten Polymerknäuel und neutralisiert damit die Oberflächeneigenschaften des Polymers", erklärte Martin Kaltenbrunner vom Linz Institute of Technology der Universität Linz. "Damit bildet sie die perfekte Unterlage für ein geordnetes Wachstum der organischen Halbleiterschicht." So gelang es den Forschern, flexible Transistoren zu erzeugen, die die gleiche Leistungsfähigkeit wie jene mit spröden, anorganischen Isolationsschichten aufweisen.

Einsatzmöglichkeit bei großen Bildschirmen
Neben der höheren Flexibilität erleichtert die neue Entwicklung auch die Herstellung der Dünnschichttransistoren. "Im Vergleich zu den bisher eingesetzten Isolationsschichten aus anorganischen Materialien sind Polymerschichten viel einfacher herzustellen. Vor allem wenn es um großflächige Beschichtungen geht, wie etwa bei Bildschirmen", so Kaltenbrunner weiter. Um die Leistungsfähigkeit der neuen Bauteile zu demonstrieren, haben die Forscher auch einfache Schaltungen aus bis zu zehn Transistoren gebaut und getestet.