Photoreaktive Materialien für Dünnfilmtransistoren

In den letzten Jahren hat die Forschung auf dem Gebiet der organischen Dünnfilmtransistoren (OTFTs) stark zugenommen. Kostengünstige und effiziente Produktion (z.B. durch Tintenstrahldruck oder Rollendruck), die Möglichkeit Transistoren auf flexible Substrate aufzubringen und die Herstellung maßgeschneiderter organische Halbleiter sind als Beweggründe anzusehen. Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung neuartiger Materialien und inline-kompatibler Strukturierungsmethoden für die Herstellung von organischen Dünnfilmtransistoren (Bottom-Gate Aufbau) mit Kanallängen im Sub- Mikrometer-Bereich. Im Detail werden wir uns auf Nanoimprint-Lithographie für eine Mikrostrukturierung der Source und Drain Gold Elektroden und auf Photolithographie für die Herstellung der Gate-Elektrode aus photoreaktiven leitfähigen Polymer konzentrieren. In ersten Voruntersuchungen wurde bereits ein photoreaktives Polyanilin-Derivat erfolgreich synthetisiert werden, welches hohe Leitfähigkeiten aufweist und sich durch UV- Licht strukturieren lässt. Dieses Polymer wird als Elektrodenmaterial in organischen Dünnfilmtransistoren getestet. Ein weiterer Schwerpunkt beinhaltet die Synthese photosensitiver Polymer-Dielektrika aus denen dünne, lochfreie Schichten hergestellt werden können und die die Möglichkeit einer UV-Strukturierung für die Erzeugung von Kontaktlöchern in organischen Schaltungen aufweisen. Zusätzlich können die Oberflächeneigenschaften der verwendeten Polymere durch UV-Licht modifiziert werden. Damit sollte das Wachstum organischer Halbleitermoleküle auf diesen Polymer-Dielektrika selektiv beeinflusst werden. Ein weiteres Ziel unserer Arbeit ist die Oberflächenmodifizierung der Source- und Drain- Goldelektroden mit Hilfe von photoreaktiven, selbstorganisierenden Monolagen. Diese Monolagen erlauben eine Wachstumssteuerung des organischen Halbleiters hinsichtlich einer Verbesserung der Ladungsträgerbeweglichkeit, sowie einer Verminderung des störenden Kontaktwiderstands. Jene Dielektrika und Monolagen, welche vielversprechende Resultate liefern, werden in einem weiteren Schritt großflächig durch Schlitzauftragung bzw. strukturiert durch Gravurdruck in einer Roll-to-Roll Pilotanlage aufgebracht. Im Zuge diese Projektes wird untersucht, ob sich diese Materialien großflächig, homogen und lochfrei aufbringen lassen.

In den letzten Jahren hat die Forschung auf dem Gebiet der organischen Dünnschichttransistoren (OTFTs) stark zugenommen. Kostengünstige und effiziente Produktion (z.B. durch Tintenstrahldruck oder Rollendruck), die Möglichkeit Transistoren auf flexible Substrate aufzubringen und die Herstellung maßgeschneiderter organischer Halbleiter sind als Beweggründe anzusehen.Ein Schwerpunkt dieses Projektes war die Entwicklung neuartiger photosensitiver Materialien und inline-kompatibler Strukturierungsmethoden für die Herstellung von organischen Dünnschichttransistoren. Im Zuge unserer Forschung wurden photostrukturierbare Polymer-Dielektrika und Elektrodenmaterialien entwickelt und in OTFTs getestet mit dem Ziel komplexe, organische Schaltungen zu realisieren.In diesem Zusammenhang wurden photosensitive Polymere synthetisiert, welche sehr erfolgreich als intrinsisch photostrukturierbare Dielektrika in OTFTs eingesetzt werden konnten. Dünne Filme dieser Polymere zeigen eine geringe Oberflächenrauhigkeit und können ohne zusätzlichen Photoinitiator mit einer Auflösung im niedrigen m Bereich strukturiert werden. In Kombination mit geeigneten Strukturierungstrategien war es möglich leistungsfähige OTFTs mit geringer Betriebsspannung zu erhalten, welche die Realisierung hoch integrierter Schaltungen mit niedrigem Energieverbrauch versprechen.Ein weiteres Ziel unserer Arbeit war die Implementierung biodegradierbarer und biokompatibler Materialien in organischen Transistoren und Schaltungen. Diese Materialien stellen eine neue Nische in der Forschung im Bereich der organischen Elektronik dar mit dem Ziel die Kosten und Toxizität für Mensch und Umwelt zu senken. Diesem Trend folgend wurde Cellulose, das weitverbreitetste Biopolymer der Erde, als Gate Dielektrikum getestet, womit sehr robuste und leistungsfähige Transistoren realisiert werden konnten. Darüber hinaus wurde ein Verfahren für die Photostrukturierung von Cellulose entwickelt, welches den Weg für die Herstellung von komplexen, integrierten organischen Schaltungen basierend auf diesem Biopolymer ebnet.Neben photostrukturierbaren Dielektrika, wurden auch Methoden für die ökonomische und effiziente Herstellung von elektrisch leitfähigen Strukturen im Zuge dieses Forschungsprojektes entwickelt. In diesem Zusammenhang wurde die UV Vernetzung von Gold Nanopartikeln mit organischen Bisaziden untersucht. Dieser Ansatz ermöglicht eine Sinterung dieser Nanopartikel bei einer Temperatur von unter 150 C, und somit die Herstellung von elektrisch leitfähigen Strukturen auf polymeren Substraten. Die photolithographische Strukturierung dieser Nanopartikel erlaubte die Fabrikation leistungsfähiger OTFTs mit Kanallängen von 10 m auf herkömmlichen Polymersubstraten.