28.06.2004

Halbleitertinte für Plastiktransistoren

Physik Journal – Forscher der Firma Xerox wollen Materialien für komplexe Schaltkreise einfach aufdrucken.


Halbleitertinte für Plastiktransistoren

Physik Journal – Forscher der Firma Xerox wollen Materialien für komplexe Schaltkreise einfach aufdrucken.

Komplexe Schaltkreise setzen sich aus halbleitenden, leitenden und dielektrischen Materialien zusammen. Während die bis zu 90 Nanometer feinen Strukturen gewöhnlich lithographisch strukturiert, chemisch geätzt und in hauchdünnen Schichten aufgedampft werden, wollen Forscher des Elektronikkonzerns Xerox alle drei Komponenten auf eine Oberfläche schlicht aufdrucken. Das Team um Beng Ong am Kanadischen Forschungszentrum der Firma entwickelte dazu spezielle Tinten, die sich selbst bei Raumtemperatur und ohne aufwändige Produktionslinien unter Vakuum oder Schutzgasatmosphäre verarbeiten lassen. Diese Technologie könnte sowohl großformatige und flexible Transistorflächen für rollbare Displays als auch kleine Funkchips (RFID-tags) ermöglichen – und das sehr kostengünstig.

Der Prototyp eines Schaltkreises, bei dem alle Strukturen mit einem Tintenstrahlverfahren gedruckt wurden. (Foto: Xerox)

Während sich leitende Metall­partikel und dielektrische Kunststoffe – nanodispergiert in geeigneten Flüssigkeiten – bereits recht gut in einem Tintenstrahldruckverfahren verwenden lassen, verlangt eine Halbleitertinte mehr Erfindungsreichtum. Doch mit Nanopartikeln auf der Basis von Polythiophanen will Ong das Problem gelöst haben. Diese Materialklasse organischer Halbleiter, die zuerst für smektische Flüssigkristalle in Flachbildschirmen verwendet wurde, ist der Schlüssel zu der neuen Halbleitertinte. Homogen verteilt in einer druckbaren Flüssigkeit lagern sich diese Moleküle über Selbstorganisation zu größeren Konglomeraten zusammen. Dadurch zeigen sie sich widerstandsfähig gegen eine Reak­tion mit dem Sauerstoff der Luft.

Basierend auf diesen Materialien bedruckten Forscher des Xerox Forschungszentrums in Palo Alto bereits erste flexible Trägerschichten, die als Transistorflächen für Flachbildschirme dienen sollen. Mit 128×128 Bildpunkten erreichten sie eine Auflösung von 75 Pixel pro Zoll und halten damit den Rekord für Displays, die mit einem Tintenstrahlverfahren hergestellt wurden. Doch können diese gedruckten Schaltkreise in ihrer über 100fach gröberen Anordnung und der bescheidenen Ladungsträgerbeweglichkeit (0,1 cm –2/Vs) nicht mit der hohen Transistordichte und der Schnelligkeit heutiger Computerchips konkurrieren. Aber die flexiblen Plastikchips lassen sich erheblich preiswerter und in weitaus größeren Formaten herstellen als jedes Schaltkreis-Areal aus photolithographisch strukturiertem Silizium.

Jan Oliver Löfken

Quelle: Physik Journal, Juli 2004

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