Elektronische Tinte - Transistoren aus gedruckten Kristallen

Neue Fertigungsmethode soll zu leistungsfähigen, flexiblen und billigen Schaltkreisen führen

Tsukuba (Japan) - Mit Tintenstrahl-Technik machen Wissenschaftler gedruckte und flexible Schaltkreise noch leistungsfähiger. Sie entwickelten eine Methode, mit der halbleitende Kristallschichten auf einer Oberfläche gezielt wachsen und zu Transistoren angeordnet werden können. Bisher basiert gedruckte und günstig gefertigte Elektronik auf Flüssigkeiten mit gelösten organischen Halbleitern. Durch die nun geglückte Ergänzung fester Kristallschichten erhöht sich die Beweglichkeit der Elektronen, dies könnte den Weg ebnen für schnellere, digitale Schaltprozesse. Ihre Prototypen stellen die Forscher in der Zeitschrift "Nature" vor.

"Diese Drucktechnik ist ein bedeutender Schritt hin zu leistungsfähigen kristallinen Halbleiter-Modulen für großflächige und flexible elektronische Anwendungen", berichten Hiromi Minemawari und seine Kollegen vom National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) in Tsukuba. Sie setzten zwei Tintenstrahldüsen, die etwa 500 winzige Tropfen pro Sekunde verspritzen können, parallel nebeneinander. In einem ersten Fertigungsschritt benetzten sie eine isolierende Schicht aus Siliziumdioxid mit flüssigem Dimethylformamid. Unmittelbar darauf folgen die Tröpfchen aus der zweiten Düse, in der zuvor ein organischer Halbleiter (C8-BTBT) in Dichlorbenzol aufgelöst worden war.

Da sich der Halbleiter in der ersten Flüssigkeit nicht lösen kann, bildeten sich hauchdünne Kristallschichten aus. Nachdem alle Lösungsmittel verdampft waren, erhielten die Forscher ein Areal aus 140 exakt angeordneten Halbleiter-Segmenten. Erste Messungen belegten, dass die kristallinen Bereiche die elektronischen Eigenschaften dieser Halbleiterschicht deutlich verbesserten. Dank einer höheren Beweglichkeit der Elektronen in den Kristallschichten im Vergleich zu den gelösten Halbleitern lassen sich nun deutlich schnellere Schaltkreise drucken.

Gedruckte Elektronik hat ein großes Potenzial beispielsweise für kleine Funkchips oder für Anwendungen in intelligenter Kleidung. Sie lässt sich sehr viel günstiger fertigen als klassische Siliziumchips und kann auch auf biegsamen Trägermaterialien deponiert werden. Das neue Verfahren ermöglicht nun organische Transistoren, die komplexere Rechenprozesse als bisher verfügbare gedruckte Schaltkreise bewältigen könnten.