Auf dem Weg zum organischen Chip

RUB-Chemiker optimieren organische Elektronik

20.10.2005

Eine Zukunftsvision wird konkret: Chemiker der Ruhr-Universität Bochum sind dem Ziel einen Schritt näher gekommen, mit organischen Materialien elektronische Schaltkreise herzustellen. Bochum Forscher um Prof. Dr. Christof Wöll (Physikalische Chemie) haben die Aufwachsbedingungen bestimmter, weicher Moleküle - der "Rubren-Moleküle" - so optimiert, dass diese auf einen Festkörper (zum Beispiel ein Transistorbauteil) aufgedampft werden können, ohne sich zu verformen.

Momentan entwickelt sich die organische Elektronik rasant: Das Hauptinteresse beruht auf der Aussicht, mit organischen Materialien elektronische Schaltkreise herstellen zu können, die beispielsweise als Identifikationsetiketten an Produkten aufgebracht werden können. Da organische Materialien etwa als Polymer sehr flexibel und gut zu verarbeiten sind, sollen sich diese Schaltungen einfach aufdrucken lassen.

Diese Vision beginnt momentan konkreter zu werden, allerdings treten bei der Realisierung elektronischer Schaltkreise, in denen organische Materialien als Halbleiter dienen, immer wieder unerwartete Probleme auf. Zum Beispiel lassen sich aus hoch geordneten Kristallen des organische Moleküls "Rubrene" zwar sehr leistungsfähige Transistoren (so genannte OFETs, organische Feldeffekt-Transistoren) herstellen - die für eine Massenproduktion erforderliche Herstellung durch Aufdampfen auf Substrate scheiterte bisher aber. Durch systematische Untersuchungen des Aufwachsverhaltens - unter anderem unter Einsatz von "Synchrotronstrahlung" des Elektronen-Synchrotrons BESSY II in Berlin - konnten die Bochumer Forscher nun die Gründe für diese Probleme identifizieren.

Die Ursache liegt in der Natur der weichen molekularen Materialien: Die Rubren-Moleküle sind so flexibel, dass das freie Molekül beim Einlagern in den Festkörper eine andere Geometrie ("Konformation") annimmt. Beim Aufdampfen "landen" die Moleküle auf dem Substrat und können zunächst nicht kristallisieren, weil ihnen die richtige Umgebung fehlt. Dadurch entstehen sehr viele Defekte, die die Beweglichkeit der Ladungsträger in diesem organischen Halbleiter behindern und damit letztlich zu der Fehlfunktion des mit aufgedampften Rubren hergestellten Transistors führen. Basierend auf ihren Ergebnissen konnten die RUB-Forscher bereits ein alternatives Aufwachsverfahren entwickeln, das sie zurzeit testen.

Originalveröffentlichung: D. Käfer, L. Ruppel, G. Witte, Ch. Wöll; "Role of Molecular Conformations in Rubrene Thin Film Growth"; Physical Review Letters 2005, 95,166602.

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