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Halbleiter als Abziehbild

Kein fehleranfälliges Aufdampfen, Auftropfen oder Aufdrucken mehr: Wissenschaftler aus München und Jena haben einen organischen Halbleiter entwickelt, den sie als dünne Schicht vom Wachstumssubstrat lösen und auf eine andere Oberfläche aufbringen können
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08.05.2017
Halbleiterfilm aus Pentacen: 50 Nanometer dünn und höchst stabil. Forscher aus München und Jena haben eine Methode zur Herstellung dieser organischen Halbleiterfilme etabliert. Das Verfahren ist inzwischen europaweit zum Patent angemeldet - Patentinhaberin ist die FSU. Foto: Simon Noever, LMU Halbleiterfilm aus Pentacen: 50 Nanometer dünn und höchst stabil. Forscher aus München und Jena haben eine Methode zur Herstellung dieser organischen Halbleiterfilme etabliert. Das Verfahren ist inzwischen europaweit zum Patent angemeldet - Patentinhaberin ist die FSU.
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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: Dr. Bert Nickel, Physiker an der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) und im Exzellenzcluster Nanosystems Initiative Munich (NIM), und Prof. Dr. Andrey Turchanin von der Friedrich-Schiller-Universität Jena (FSU) konnten zusammen mit ihren Mitarbeitern erstmals eine stabile Schicht aus Pentacen-Molekülen herstellen.

In der Zeitschrift Advanced Materials präsentieren die Wissenschaftler ihr Rezept: Sie überziehen ein Siliziumplättchen dünn mit einem wasserlöslichen Kunststoff und bedampfen es mit Pentacen, bis sich eine etwa 50 Nanometer dicke Schicht gebildet hat. Nun folgt der entscheidende Schritt: Durch Bestrahlung mit niederenergetischen Elektronen vernetzen sich die obersten drei bis vier Molekülebenen der Pentacen-Schicht und bilden eine Art Haut. Diese ist nur rund fünf Nanometer dick, aber sie stabilisiert die gesamte Schicht so gut, dass man diese in Wasser im Ganzen mit einer Pinzette vom Siliziumplättchen abziehen und auf eine andere Oberfläche transportieren kann.

Neben ihrer Transportfähigkeit hat die neue Halbleiter-Schicht zahlreiche weitere Vorteile: Zum einen kommt die Methode ohne störende Lösungsmittel aus. Außerdem legt sich die Schicht so gleichmäßig und eng auf den Isolator, dass sie alleine über Van-der-Waals-Kräfte haftet und kaum elektrischer Widerstand an den Kontakten messbar ist. Und nicht zuletzt kann 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 ist, dass sie Millimeter große Löcher überspannen kann. Man stelle sich zum Größenvergleich ein 25-Meter-Becken vor - abgedeckt mit Frischhaltefolie.

Die neue Methode zur Herstellung ultradünner organischer Halbleiterfilme ist inzwischen europaweit zum Patent angemeldet; Patentinhaberin ist die FSU. "Mit dem Verfahren eröffnen sich völlig neue Möglichkeiten zur Anwendung solcher Filme", ist sich Prof. Turchanin sicher und nennt als Beispiele die Anwendungen in flexibler Elektronik für den Aufbau von Biosensoren, Bildschirmen oder Solarzellen.

Original-Publikation:
Simon J. Noever, Michael Eder, Fabio del Giudice, Jan Martin, Franz Werkmeister, Stefan Hallwig, Stefan Fischer, Oliver Seeck, Nils-Eike Weber, Clemens Liewald, Fritz Keilmann, Andrey Turchanin und Bert Nickel: Transferable organic semiconductor nanosheets for application in electronic devices, Advanced Materials 2017, DOI: 10.1002/adma.201606283

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201606283/Abstract


Kontakt (in Jena):
Prof. Dr. Andrey Turchanin
Institut für Physikalische Chemie der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Lessingstraße 10, D-07743 Jena
Tel.: 03641 / 948370
E-Mail:


 

 

 

 

 

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