Der Vision einer breiten Anwendung von flexibler, druckbarer Elektronik sind Wissenschaftler am Institut für Angewandte Physik der TU Dresden ein Stück nähergekommen. Dem Team um Dr. Hans Kleemann ist es erstmals gelungen, leistungsfähige vertikale organische Transistoren mit doppelter Steuerelektrode zu entwickeln. Die Ergebnisse wurden nun im renommierten Onlinejournal „Nature Communications“ veröffentlicht.

Dresden, 22. September 2024. Hochauflösende aufrollbare Fernseher oder faltbare Smartphones könnten schon bald keine unerschwinglichen Luxusgüter mehr sein, die nur auf internationalen Elektronikmessen zu bestaunen sind. Leistungsfähige organische Transistoren sind eine entscheidende Voraussetzung für die dabei benötigten mechanisch flexiblen, elektronischen Schaltkreise. Herkömmliche horizontale organische Dünnfilmtransistoren sind jedoch aufgrund des Hüpftransportes in organischen Halbleitern sehr langsam, weshalb sie für Anwendungen, bei denen hohe Frequenzen erforderlich sind, nicht verwendet werden können. Insbesondere für logische Schaltkreise mit geringer Leistungsaufnahme, wie sie z.B. für die Radio-Frequenz-Identifizierung (RFID) gebraucht werden, ist es zwingend erforderlich, Transistoren mit hohen Schaltfrequenzen und einstellbaren Kennlinien (Schwellspannung) zu entwickeln. Der Forschungsgruppe Organische Bauelemente und Systeme (ODS) am Dresden Integrated Center for Applied Photophysics (IAPP) des Instituts für Angewandte Physik unter Leitung von Dr. Hans Kleemann ist nun die Realisierung solcher neuartigen organischen Bauelemente gelungen.

“Bisher waren vertikale Transistoren eher Exoten und galten als schwer zu integrieren in elektrischen Schaltungen. Durch die von uns entwickelten vertikalen Transistoren mit doppelter Steuerelektrode ist es erstmals möglich, komplexe logische Zustände mit Hilfe weniger Transistoren zu realisieren und dabei gleichzeitig die Vorteile der vertikalen Architektur, wie z.B. hohe Schaltfrequenzen, auszunutzen,” sagt Dr. Hans Kleemann.
Die vertikalen organischen Transistoren mit doppelter Steuerelektrode zeichnen sich durch eine hohe Schaltfrequenz (wenige Nanosekunden) und eine Einstellbarkeit der Schwellspannung aus. Durch diese Entwicklungen können sogar Einzeltransistoren für die Darstellung verschiedener logischer Zustände genutzt werden (AND, NOT, NAND). Weiterhin sorgt die einstellbare Schwellspannung für eine Signalintegrität (Noise-Margin) und geringe Leistungsaufnahme.

Damit hat die Forschergruppe einen Meilenstein im Hinblick auf die Vision einer flexiblen und druckbaren Elektronik gelegt. Durch diese Transistoren könnte es in Zukunft möglich sein, selbst anspruchsvolle elektronische Funktionen wie drahtlose Kommunikation (RFID) oder hochauflösende flexible Displays vollständig mit organischen Bauelementen zu realisieren und damit komplett auf Silizium-basierte elektronische Komponenten zu verzichten.

Bildunterschrift Grafik: Oben: Schematischer Aufbau eines vertikalen organischen Transistors mit zwei unabhängig steuerbaren perforierten Basis-Elektroden. Unten links: Typische Transfercharakteristik eines solchen Transistors. Unten rechts: Einstellbarkeit der Anschalt-Spannung des Transistors durch die Kontrolle einer zweiten Basis-Elektrode.

Originalpublikation:

Guo, E.; Wu, Z.; Darbandy, G.; Xing, S.; Wang, S.; Tahn, A.; Göbel, M.; Kloes, A.; Leo, K.; Kleemann, H. Vertical Organic Permeable Dual-Base Transistors for Logic Circuits. Nature Communications: (http://dx.doi.org/10.1038/s41467-020-18576-5)

Bildquelle
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