Neuer Plastikhalbleiter erreicht Siliziumqualität

Flexible und günstige Computerchips, Solarmodule und rollbares, elektronisches Papier verlangen nach halbleitenden Kunststoffen. Mit einer bisher unerreichten Beweglichkeit der Ladungsträger bereichert nun ein neues Polymer die Palette der verfügbaren Werkstoffe.

Southampton (Großbritannien) - Lagen die verwendeten Substanzen bisher weit hinter dem etablierten Silizium zurück, entwickelten nun britische und amerikanische Forscher einen vielversprechenden neues flüssigkristallines Material. Wie sie in der Fachzeitschrift "Nature Materials" berichten, können sich die Ladungsträger in dem Polymer (Thieno[3,2-b]-thiophen) ähnlich gut bewegen wie in amorphem Silizium.

"Organische Halbleiter, die sich in einfachen Prozessen herstellen lassen und exzellente elektrische Eigenschaften besitzen, sind der Schlüssel für den Fortschritt organischer Elektronik", schreiben Iain McCulloch und seine Kollegen von dem Darmstädter Unternehmen Merck Chemicals. Auf der Basis der leitenden und schwefelhaltigen Polymergruppe der Thiophene konnten sie im britischen Entwicklungslabor in Southampton die Beweglichkeit der Elektronen in dem Material um das Sechsfache gegenüber bisher verfügbaren Plastiksubstanzen steigern. Den Grund sehen sie in dem geordneteren Aufbau der langkettigen Polymermoleküle, die bislang eher wirr wie gekochte Spaghetti durcheinander lagen.

Eine hohe Mobilität der Elektronen ist eine Hauptanforderung für schnelle Schaltprozesse. Ob jemals mit Plastiksubstanzen Werte wie bei kristallinem Silizium heutiger Chips erreicht wird, bleibt zwar mehr als fraglich, doch für weniger anspruchsvolle Anwendungen wie Funkchips und biegsame Displays reichen die gemessenen Werte aus. Dagegen lassen sich Plastikchips prinzipiell sehr viel billiger herstellen als starre Siliziummodule. Druckprozesse von der Tintenstrahltechnik bis zum Offset-Druck sind bereits von mehreren Forschergruppen, beispielsweise bei Siemens und Philips, entwickelt worden.

Eine weitere Schlüsselanforderung ist die Stabilität der halbleitenden Polymere. Länger als einige Monate können die elektronischen Eigenschaften bisher nicht gewährleistet werden. Vor allem eindringende Feuchtigkeit macht den bereits gefertigten Transistoren aus Polythiophenen zu schaffen. Mit diesem Problem scheint auch der neue Werkstoff zu kämpfen zu haben, da bisher nur eine Haltbarkeit von einigen Wochen belegt werden konnte. Doch eine effektive Versiegelung der Schaltkreise könnte das Problem lösen.