Auf dem Weg zum organischen Chip

Bochumer Chemiker sind dem Ziel einen Schritt näher gekommen, mit organischen Materialien elektronische Schaltkreise herzustellen.

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. Über ihre Ergebnisse berichten die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe von Physical Review Letters.

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 (z. B. an einzeln verpackten Nahrungsmitteln) aufgebracht werden können. Da organische Materialien etwa als Polymer sehr flexibel und gut zu verarbeiten sind, sollen sich diese Schaltungen einfach aufdrucken lassen. Ein auf den Joghurtbecher einfach aufgestempelter „Chip“ meldet dann zum Beispiel der Supermarktkasse direkt seinen Preis und spart so dem Kunden wertvolle Zeit. Zu Hause erfasst dann der „intelligente“ Kühlschrank die Daten des Joghurtbechers und empfiehlt dem Kunden rechtzeitig vor Erreichen des Verfallsdatums, diesen zu verzehren.

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.

Abb.: Die interne Verdrillung des freien Rubren-Moleküls (links) muss vor dem Einbau in ein Kristallgitter (rechts) unter Verrichtung von Arbeit (Diagramm oben rechts) aufgehoben werden. (Quelle: RUB)

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 Forscher bereits ein alternatives Aufwachsverfahren entwickeln, das sie zurzeit testen.

Quelle: RUB

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  D. Käfer, L. Ruppel, G. Witte und Ch. Wöll: Role of Molecular Conformations in Rubrene Thin Film Growth, Physical Review Letters 95, 166602 (2005). 
• Lehrstuhl für Physikalische Chemie I, Fakultät für Chemie der RUB:
  http://www.pc.ruhr-uni-bochum.de