Mechanismen bei der Dotierung organischer Halbleiter geklärt
Berliner Physiker ermitteln, wie Plastik durch fremde Moleküle leitfähig wird.
Das Dotieren anorganischer Halbleiter stellt die zentrale Grundlage der modernen Elektronik dar. Dabei werden Halbleitermaterialien, wie beispielsweise Silizium, kontrolliert mit Fremdatomen verunreinigt, wodurch sich die Leitfähigkeit präzise einstellen lässt. Doch wie lässt sich dies bei organischen Moleküle und Polymere als Halbleiter erreichen, wie sie seit einigen Jahren in der organischen Elektronik als zukunftsweisende Technologie im Einsatz ist? Wissenschaftler der Humboldt-Universität zu Berlin (HU) und des Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) konnten herausfinden, welcher Mechanismus das Dotieren organischer Halbleiter bestimmt. Damit soll es nun gelingen, neue verbesserte Dotier-Moleküle zu identifizieren.
Abb.: Die Schemazeichnung eines organischen elektronischen Bauteils mit Dotier-Molekülen (braune Einschlüsse) im aktiven Film (grün) zeigt rechts in Vergrößerung einen molekularen Ladungstransfer-Komplex und ein Hybrid-Orbital. (Bild: HUB)
Bei organischen Halbleitern findet kein direkter Elektronenübertrag mit dem Dotier-Molekul statt. Diese zentrale Erkenntnis konnten die Foscher um Ingo Salzmann, Georg Heimel und Kollegen experimentell und theoretisch zeigen. Ihre Versuche mithilfe der am HZB speziell für organische Halbleiter adaptierten Photoelektronenspektroskopie sowie der Elektronen-paramagnetischen Resonanz (EPR) belegen, dass – entgegen bisheriger Vermutungen – zunächst ein zwischenmolekularer Komplex entsteht. Erst die Anregung der Komplexe führt zu beweglichen Ladungsträgern, die die Leitfähigkeit herbeiführen.
Auf Basis dieser Erkenntnisse lässt sich nun voraussagen, welche Eigenschaften die molekularen Bausteine haben sollen, damit sich die Dotiereffizienz für künftige organische Hochleistungselektronik verbessert.
HZB / OD
