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Doping für biegsame Elektronik

Dr. Frank Ortmann leitet am Elektronikzentrum "cfaed" der TU Dresden die Forschungsgruppe für "Computational Nanoelectronics". Foto: Jürgen Lösel, cfaed

Dr. Frank Ortmann leitet am Elektronikzentrum “cfaed” der TU Dresden die Forschungsgruppe für “Computational Nanoelectronics”. Foto: Jürgen Lösel, cfaed

Dresdner Forscher entwickeln leistungssteigerndes Spick-Rezept für organische Computerchips

Dresden, 27. Februar 2018. Organische Elektronik hat viele Vorteile: Sie kann biegsam und durchsichtig hergestellt werden, auch hauchdünn. Prominente Beispiele für ihren Einsatz sind die superdünnen und farbstarken organischen Bildschirme neuerer Samsung-Smartphones und LG-Fernseher. Auch gibt es Versuche, solche flexible Elektronik in Jacken, T-Shirts und andere Textilien einzunähen, um „intelligente Klamotten“ zu kreieren. Aber der ganz große Marktdurchbruch blieb organischen Schaltkreisen bisher versagt. Denn noch immer schalten und rechnen sie deutlich langsamer als klassische Computer-Chips aus starrem Silizium. Physiker aus Dresden haben nun aber womöglich einen Weg gefunden, um diesen Nachteil auszugleichen.

Das OLED-Tablett Galaxy Tab 7.7. Abb.: Samsung

Das OLED-Tablett Galaxy Tab 7.7. Abb.: Samsung

Leitfähigkeit der dotierten Moleküle nun ausmessbar

Zusammengetan hatten sich dafür die Computer-Nanoelektronik-Forschungsgruppe um Dr. Frank Ortmann vom Zentrum für fortgeschrittene Elektronik (cfaed) der TU Dresden, der Dresdner Organik-Papst Prof. Karl Leo, der TU-Nanotechnologe Prof. Gianaurelio Cuniberti sowie Kollegen aus Japan. Sie schlugen einen Pfad ein, der im Sport verpönt, in der Halbleiter-Welt aber höchst erwünscht ist: Sie stimulierten ihre Testmoleküle mit „Doping“-Stoffen. Diese Stoffe erleichtern den Signaltransport in organischen Elektronik und die machen Schaltkreise leistungsstärker. Dabei gelang es den Wissenschaftlern, die Effekte des „Dopingmittels“ auf den Ladungstransport in den Test-Molekülen genau zu bestimmen. An eben der mangelnden Messbarkeit der „Doping-Effekte“ waren in der Vergangenheit allzu oft die Versuche gescheitert, organische Elektronik auf Trab zu bringen.

Atomstrukturmodell eines mit Benzimidazolin (hier blau und hellgrau gekennzeichnet) dotierten C60-Kohlenstoffmoleküls( dunkelgrau und lila . Foto: cfaed, S. Schellhammer/ F. Ortm

Atomstrukturmodell eines mit Benzimidazolin dotierten C60-Kohlenstoffmoleküls. Die blauen Kugeln stehen für Stickstoff-Atome, die weißen für Wasserstoff und die dunkelgrauen für Kohlenstoff. Die lila Kugeln sind vereinfachte Ansichten der Nachbar-C60-Moleküle. Foto: cfaed, S. Schellhammer/ F. Ortmann

C60-Kohlenstoff-Kugel mit Benzimidazolin-Radikalen geimpft

Beispielhaft spickten die Physiker in ihren Experimenten zwei Testmoleküle: eine Kugel aus 60 Kohlenstoff-Atomen (C60-Fulleren) sowie den Farbstoff Zink-Phthalocyanin. Als „Doping“ (in der Elektronikwelt „Dotierung“ genannt) setzten sie eine spezielle Variante des Arznei-Ausgangsstoffes Benzimidazolin ein. Dann kontrollierten sie mittels einer Photoemissions-Spektroskopie-Anlage, wieviele Elektronen die derart veränderten Moleküle nach dieser Dotierung erzeugen und transportieren konnten.

Alarmtextilie mit einem Detektornetz aus leitfähigem Garn und Mikrocontroller. Abb.: Fraunhofer IZM

Klassische Elektronik ist für den Einsatz in Textilien zu unflexibel – hier eine beispielhafte “intelligente Textilie” mit einem Detektornetz aus leitfähigem Garn und Mikrocontroller. Abb.: Fraunhofer IZM

Neue Dotierstoffe sollen organische Elektronik schneller machen

Ihre Ergebnisse hat das Forscherkollektiv nun in der Fachzeitschrift „Nature Materials“ veröffentlicht. Die Studie ist als Ausgangspunkt gedacht, um nach ganz neuen Dotierstoffen zu suchen, die organische Elektronik schneller machen – und ihr neue Anwendungsfelder zum Beispiel im „Internet der Dinge“ eröffnen.

Autor: Heiko Weckbrodt

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