Stabile Schicht aus Pentacen
Bestrahlung mit Elektronen vernetzt Molekülebenen zu einer organischen Halbleiter-Haut.
Heutige Computerprozessoren bestehen aus Milliarden Transistoren. Diese elektronischen Bauteile setzen sich in der Regel aus Halbleitermaterial, Isolator, Substrat und Elektrode zusammen. Das Ziel vieler Wissenschaftler ist es, jedes dieser Elemente als frei transportierbare Schicht herstellen zu können. So ließen sich durch einfaches Stapeln neue Transistoren designen. Für das organische Halbleiter-Material Pentacen ist es jetzt soweit: Bert Nickel, Physiker an der LMU und im Exzellenzcluster Nanosystems Initiative Munich NIM, und Andrey Turchanin von der Universität Jena konnten zusammen mit ihren Mitarbeitern erstmals eine stabile Schicht aus Pentacen-Molekülen herstellen.
Abb.: Dieser Halbleiterfilm aus Pentacen ist mit 50 Nanometer hauchdünn und dennoch höchst stabil. (Bild: S. Noever, LMU)
Die Wissenschaftler überzogen ein Siliziumplättchen dünn mit einem wasserlöslichen Kunststoff und bedampften es mit Pentacen, bis sich eine etwa 50 Nanometer dicke Schicht gebildet hatte. Darauf folgte der entscheidende Schritt: Durch Bestrahlung mit niederenergetischen Elektronen vernetzten sich die obersten drei bis vier Molekülebenen der Pentacen-Schicht und bildeten eine Art Haut. Diese war nur rund fünf Nanometer dick, aber sie stabilisierte die gesamte Schicht so gut, dass man diese in Wasser im Ganzen mit einer Pinzette vom Siliziumplättchen abziehen und auf eine andere Oberfläche transportieren konnte.
Neben ihrer Transportfähigkeit hat die neue Halbleiter-Schicht zahlreiche weitere Vorteile: Zum einen kommt die Methode ohne störende Lösungsmittel aus. Außerdem legte sich die Schicht so gleichmäßig und eng auf den Isolator, dass sie alleine über Van-der-Waals-Kräfte haftete und kaum elektrischer Widerstand an den Kontakten messbar war. Und nicht zuletzt kann nun Pentacen in seiner neuen Form auf deutlich mehr Substrate aufgebracht werden als bisher.
Besonders interessant ist für die Wissenschaftler zudem, dass die hauchdünne Pentacen-Schicht so stabil war, dass sie Millimeter große Löcher überspannen konnte. „In solchen quasi freischwebenden Halbleitern steckt ein großes Potential“, erklärt Nickel. „Sie sind von zwei Seiten zugänglich, könnten über einen Elektrolyten verbunden werden und wären so zum Beispiel ein idealer Biosensor. Denn sobald sich Moleküle oder Zellen auf dem Halbleiter-Film absetzen, würde sich der Stromfluss ändern.“ Auch vorstellbar wäre es, durch Stapelung halbleitende Multischichten herzustellen, die in Solarzellen oder Leuchtdioden verwendet werden.
LMU / JOL
