Gedruckte Transistoren mit hoher Schaltgeschwindigkeit
Ultradünne Feldeffekttransistoren aus anorganischen Oxid-Nanopartikeln erreichen über ein Megahertz.
Wissenschaftlern am Institut für Nanotechnologie (INT) des KIT ist ein entscheidender Fortschritt in der gedruckten Elektronik gelungen: Sie haben gezeigt, dass sich superschnelle Feldeffekttransistoren (FET) aus gedruckten anorganischen Oxid-Nanopartikeln herstellen lassen. Diese werden mit druckbaren Verbund-Feststoff-Polymer-Elektrolyten als Isolator der Steuerelektrode kombiniert.
Abb.: Schema eines Feldeffekttransistors (FET) aus gedruckten anorganischen Oxid-Nanopartikeln, verbunden mit druckbaren Verbund-Feststoff-Polymer-Elektrolyten als Isolator der Steuerelektrode. (Bild: KIT / Christian Gruppe)
Mit ihrer Arbeit haben die Karlsruher Forscher nachgewiesen, dass die Schaltgeschwindigkeit elektrochemisch angesteuerter gedruckter Transistoren nicht von der Leitfähigkeit des Elektrolyt-Isolators, sondern vielmehr von der Druckauflösung abhängt. Wenn es gelingt, die Verbund-Feststoff-Polymer-Elektrolyten (Composite Solid Polymer Electrolytes – CSPE) in ultradünnen Schichten zu drucken, lässt sich eine extrem hohe Schaltgeschwindigkeit erzielen. Wird der Elektrolyt-Insulator in Schichten von ein paar Hundert Nanometern aufgebracht, übersteigt die Schaltgeschwindigkeit ein Megahertz. „Diese Erkenntnis ebnet den Weg für elektrochemisch angesteuerte Bauteile in der gedruckten Elektronik“, erklärt Subho Dasgupta vom INT.
Feldeffekttransistoren (FET) weisen drei Elektroden auf: die „Source“ als Quelle für die Ladungsträger, die „Drain“ als Abflusselektrode und das „Gate“ als Steuerelektrode. Der Widerstand und damit der Strom der Drain-Source-Strecke werden durch die Spannung zwischen Gate und Source und das dadurch entstehende elektrische Feld gesteuert. FET lassen sich in vielen Bereichen einsetzen, etwa für integrierte Schaltungen, wie sie beispielsweise zur Kennzeichnung von Waren und Gütern angewendet werden. Durch Druckverfahren lassen sich solche Transistoren in hohen Stückzahlen kostengünstig produzieren.
KIT / DE
