Gemeinschaftsarbeit im Bereich Verbundwerkstoffe führt zu schnellerer Kunststoffelektronik

Jeddah, Saudi-arabien (ots/PRNewswire) -

Die Geschwindigkeit, mit der Ihr Smartphone auf ein Streichen
über das Display reagiert hängt davon ab, wie schnell die
elektrischen Ladungen durch die einzelnen Displaykomponenten
transportiert werden. Wissenschaftler am Imperial College London
(ICL) haben zusammen mit Kollegen an der King Abdullah University of
Science and Technology (KAUST) daran gearbeitet, Organische
Dünnschichttransistoren (OTFTs) zu entwickeln, die dank einer
ausgereiften Lösungsverarbeitung durch die Verbindung von zwei
organischen Halbleitern in der Lage sind, eine konstante
Trägerbeweglichkeit in Rekordgeschwindigkeit zu bieten. Die OTFTs und
ihre Verarbeitungsmethoden bieten ungeahnte Möglichkeiten für
zukünftige elektronische Anwendungen.

Die KAUST-Gruppe unter Leitung von Professor Aram Amassian
arbeitet zusammen mit Dr. Thomas Anthopoulos, Department of Physics,
ICL, und den Kollegen Professor Iain McCulloch und Dr. Martin Heeney,
Department of Chemistry, an der Entwicklung und Charakterisierung
eines Verbundwerkstoffs, der den Ladungstransport verbessern und die
Herstellung von schnelleren organischen Transistoren ermöglichen
soll. Sie haben ihre Halbleiterverbindung in einem gemeinsam
verfassten Artikel beschrieben, der in der Zeitschrift "Advanced
Materials" veröffentlicht wurde:
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201200088/abstract

Angesichts der Herausforderungen, die kostenaufwändige
Vakuumbedampfungsverfahren mit sich bringen, erreichen Chemiker, die
sich mit der organischen Synthese beschäftigen, bei der
Synthetisierung von konjugierten löslichen Kleinmolekülen zunehmend
Erfolge. "Auch wenn sie dazu neigen, grosse Kristalle zu bilden,
bleibt die Reproduzierbarkeit hoher Qualität bei durchgehenden und
gleichmässigen Filmen immer noch ein Problem dar", meinte Dr.
Anthopoulos, Forschungsleiter am Imperial College. Im Gegensatz dazu
verhalten sich Polymerhalbleiter häufig recht löslich und bilden
hochwertige durchgehende Filme. Bis vor Kurzem konnten mit ihnen
jedoch keine Ladungsträgerbeweglichkeiten von mehr als 1 cm2/Vs
erreicht werden.

Im Rahmen dieses Gemeinschaftsprojekts haben Chemiker am Imperial
College mit Festkörperphysikern des Centre for Plastic Electronics
des Imperial Colleges (http://www3.imperial.ac.uk/plasticelectronics)
und Materialwissenschaftler an der KAUST zusammengearbeitet und waren
so in der Lage, die vorteilhaften Eigenschaften von Polymeren auf der
einen Seite und jene von Kleinmolekülen auf der anderen in einem
einzigen Verbundwerkstoff zu kombinieren. Durch diese Kombination
konnten nicht nur die Leistungsfähigkeit im Vergleich zu der
jeweiligen Leistungsfähigkeit der einzelnen Stoffe gesteigert,
sondern auch die Festkörper-zu-Festkörper-Reproduzierbarkeit und
Stabilität verbessert werden.

Die verbesserte Leistungsfähigkeit wird teilweise zurückgeführt
auf die polykristalline Textur der Kleinmolekül-Komponente der
Verbindung und auf die Planheit und Gleichmässigkeit, die auf der
Oberfläche des polykristallinen Films erzielt wird. Letzteres ist von
entscheidender Bedeutung für Top-Gate-Geräte mit
Bottom-Contact-Konfiguration, wobei die Oberfläche der
Halbleiter-Verbindung das Halbleiter-Dielektrikum-Interface bildet,
wenn das Polymer-Dielektrikum lösungsbeschichtet wird.

Die Gleichmässigkeit und die Kontinuität der Oberfläche und das
Fehlen von sichtbaren Körnungsrändern sind unüblich für sonst hoch
polykristalline Kleinmoleküle in reiner Form, was die Annahme
nahelegt, dass Polymerbinder eine Glättung bewirken und dass sie
sogar die Halbleiterkristalle mit einer dünnen Schicht im Nanobereich
überziehen. "Die Leistungsfähigkeit der Polymer-Molekül-Verbindung
übertrifft 5 cm2/Vs. Das ist ein Wert, der ziemlich nahe an der oben
genannten Beweglichkeit eines einzigen Moleküls liegt", führte der
KAUST-Co-Autor Prof. Amassian aus.

Die Materialwissenschaftler an der KAUST haben sich nun mit der
Phasentrennung, der Kristallinität und der Morphologie der
organischen Halbleiterverbindung, unter Anwendung einer Kombination
aus Synchrotron-basierter Röntgenstreuung im D1-Strahlrohr der
Cornell High Energy Synchrotron Source (CHESS), Energiegefilterte
Transmissionselektronenmikroskopie (EF-TEM), und
Rasterkraftmikroskopie in topographischen und Phasenmodi beschäftigt.

"Diese Arbeit ist ganz besonders spannend, denn sie zeigt, dass
man durch die Anwendung sich ergänzender
Charakterisisierungstechniken auf diese komplexen organischen
Verbindungen jede Menge darüber lernen kann, wie sie funktionieren.
Es ist geradezu ein Lehrbuchbeispiel einer Studie der Beziehungen
struktureller Eigenschaften und verdeutlicht die Nützlichkeit solcher
Gemeinschaftsprojekte", sagte Alberto Salleo, Professor an der
Stanford University, Experte für fortgeschrittene strukturierte
Charakterisierung von Polymerhalbleitern. "Eine Beweglichkeit von 5
cm2/Vs ist schon ein spektakulärer Wert. Die beschriebenen Methoden
zeigen Forschern den Weg hin zu noch höheren Beweglichkeiten."

"Dieser simple Verbindungsansatz könnte im Prinzip zur
Entwicklung von organischen Transistoren mit Leistungseigenschaften
führen, die den gegenwärtigen Stand der Technik bei weitem
übertreffen", fügte Dr. Anthopoulos hinzu.

Weitere Informationen:
Christopher Sands, Head of University Communications
christopher.sands@kaust.edu.sa
+966-54-470-1201
(Dr. Aram Amassian steht für Interviews zur Verfügung)