Erste Bipolartransistoren aus organischen Materialien • The Register

Wissenschaftler in Deutschland behaupten, Bipolartransistoren aus organischen Materialien entwickelt zu haben und damit den Weg für flexible und transparente Elektronik zu ebnen.

Die von Shu-Jen Wang, Postdoktorandin an der Technischen Universität Dresden, geleitete Studie baute einen organischen Bipolartransistor unter Verwendung von dotiertem Rubren auf. Dies könnte der Halbleiterindustrie bei der Umstellung auf organische Materialien helfen und den Zugang zu einer umfangreichen Materialbibliothek für den Bau elektronischer Geräte verbessern.

Transistoren sind die Grundlage heutiger digitaler Schaltkreise und ermöglichen auf einer einfachen Ebene, dass ein Signal ein anderes steuert. Sie können ein Signal verstärken oder zwischen „Ein“- und „Aus“-Zuständen wechseln, indem sie einen Strom von Ladungsträgern steuern – bei denen es sich entweder um Elektronen oder deren positives Gegenstück (Löcher) oder beides handelt.

Es gibt zwei große Klassen von Transistoren: Feldeffekttransistoren und Bipolartransistoren. Die meisten Transistoren bestehen aus anorganischem Material – am häufigsten Silizium. Im Laufe der Jahrzehnte haben Forscher begonnen, die Verwendung organischer Materialien zum Bau von Transistoren zu erforschen – wodurch flexible oder transparente Systeme entstehen könnten –, aber nur Feldeffekttransistoren wurden erfolgreich auf die neuen Materialien übertragen.

„Das Erreichen hoher Mobilitäten [von Ladungsträgern] ist für anorganische Materialien wie Silizium einfach, für organische Materialien jedoch schwieriger. Dennoch, seit der ersten Herstellung eines organischen Transistors, einer organischen Solarzelle und einer organischen Leuchtdiode in der „In den 1980er Jahren wurden enorme Fortschritte auf dem Gebiet der organischen Elektronik gemacht, insbesondere in der OLED-Display-Industrie“, erklärten Julie Euvrard und Barry Rand vom Department of Electrical and Computer Engineering der Princeton University.

„Organische Bipolartransistoren wurden bisher noch nicht ausprobiert, da die Beweglichkeit der Ladungsträger bei organischen Halbleitern im Vergleich zu anorganischen Halbleitern gering ist“, sagten sie.

„Die Herausforderung besteht also darin, einen funktionsfähigen Bipolartransistor herzustellen, indem man ein organisches Material mit hohen Mobilitäten für beide [Arten von] Trägern entwickelt“, sagten die Kommentatoren. Da die geringe Mobilität organischer Materialien teilweise auf einen Mangel an kristalliner Ordnung zurückzuführen ist, erklärten die Forscher, dass diese Filme auf einer dünnen (etwa 20 Nanometer) kristallinen Vorlage eines organischen Halbleiters namens Rubren hergestellt wurden.

Als Nebeneffekt der Arbeit konnten die Forscher die Halbleitereigenschaft des Materials, die sogenannte Minoritätsträgerdiffusionslänge, messen, die bisher in organischen Halbleitern nicht untersucht wurde.

„Die Studie von Wang und Kollegen legt nahe, dass der organische Bipolartransistor eine Möglichkeit darstellen könnte, auf diesen grundlegenden Parameter zuzugreifen und so ein besseres Verständnis dieser Materialien und die Verbesserung bestehender Technologien zu ermöglichen“, sagten Euvrard und Rand.

In dem am Mittwoch in Nature veröffentlichten Artikel spekulierten die Forscher, dass organische Halbleiter aufgrund ihrer kostengünstigen, biokompatiblen Materialien auf Kohlenstoffbasis und der Abscheidung durch einfache Techniken wie Verdampfen oder Drucken die Dünnschichtelektronik unterstützen könnten. Der Ansatz könnte „den Einsatz organischer Halbleiterbauelemente für allgegenwärtige Elektronik ermöglichen, etwa solche, die am oder im menschlichen Körper oder auf Kleidung und Verpackungen verwendet werden.“

„Unsere Ergebnisse öffnen die Tür zu neuen Gerätekonzepten organischer Hochleistungselektronik mit immer schnelleren Schaltgeschwindigkeiten“, schlussfolgerten sie. ®

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