Die ersten organischen Transistoren mit doppelter Steuerelektrode können etwa in RFID-Systemen oder flexiblen Displays eingesetzt werden.

Bild: TU Dresden

Meilenstein in der druckbaren Elektronik Erste organische Transistoren hergestellt

24.09.2020

Aufrollbare Fernseher oder faltbare Smartphones könnten schon bald keine Luxusgüter mehr sein, die nur auf Messen zu sehen sind. Mit der Entwicklung der ersten organischen druckbaren Transistoren sind Dresdner Forscher der breiten Anwendung solcher flexibler Elektroniksysteme einen entscheidenden Schritt nähergekommen.

Aus der Vision einer breiten Anwendung von flexibler, druckbarer Elektronik ist ein Stück Realität geworden: Wissenschaftlern am Institut für Angewandte Physik der TU Dresden ist es erstmals gelungen, leistungsfähige vertikale organische Transistoren mit doppelter Steuerelektrode zu entwickeln. Solche Transistoren sind Voraussetzung für mechanisch flexible, elektronische Schaltkreise, wie sie etwa in faltbaren Smartphones zum Einsatz kommen.

Herkömmliche horizontale organische Dünnfilmtransistoren sind aufgrund des Hüpftransportes in organischen Halbleitern sehr langsam. Sie lassen sich deshalb in Anwendungen, bei denen hohe Frequenzen erforderlich sind, nicht verwenden. Insbesondere für logische Schaltkreise mit geringer Leistungsaufnahme, beispielsweise bei der Radio-Frequenz-Identifizierung (RFID), ist es aber zwingend erforderlich, Transistoren mit hohen Schaltfrequenzen und einstellbaren Kennlinien (Schwellspannung) zu entwickeln.

Schaltfrequenzen von wenigen Nanosekunden

„Bisher waren vertikale Transistoren eher Exoten und galten als schwer zu integrieren in elektrischen Schaltungen“, sagt Dr. Hans Kleemann, Leiter der Forschungsgruppe Organische Bauelemente und Systeme (ODS) am Dresden Integrated Center for Applied Photophysics (IAPP). „Durch die von uns entwickelten vertikalen Transistoren mit doppelter Steuerelektrode ist es erstmals möglich, komplexe logische Zustände mithilfe weniger Transistoren zu realisieren und dabei gleichzeitig die Vorteile der vertikalen Architektur, wie zum Beispiel hohe Schaltfrequenzen, auszunutzen.“

Die vertikalen organischen Transistoren mit doppelter Steuerelektrode zeichnen sich durch ebendiese hohe Schaltfrequenz von wenigen Nanosekunden und eine Einstellbarkeit der Schwellspannung aus. Damit lassen sich sogar Einzeltransistoren für die Darstellung verschiedener logischer Zustände nutzen (AND, NOT, NAND). Zudem sorgt die einstellbare Schwellspannung für eine Signalintegrität (Noise-Margin) und geringe Leistungsaufnahme.

Durch die Transistoren könnte es in Zukunft möglich sein, auch anspruchsvolle elektronische Funktionen wie RFID oder hochauflösende flexible Displays vollständig mit organischen Bauelementen zu realisieren. Auf Silizium-basierte Komponenten ließe sich dann komplett verzichten.

Bildergalerie

  • Die Grafik stellt den schematischen Aufbau eines vertikalen organischen Transistors mit zwei unabhängig steuerbaren perforierten Basis-Elektroden dar. Unten links zu sehen ist die typische Transfercharakteristik eines solchen Transistors, unten rechts die Einstellbarkeit der Anschaltspannung des Transistors durch die Kontrolle einer zweiten Basis-Elektrode.

    Bild: Nature Publishing

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