Wenn die Kristalle von organischen Halbleitern scharfe Grenzen haben, taugen sie am besten für günstige Elektronik-Module der Zukunft

Organischer Halbleiter

Stanford (USA) - Transistoren aus organischen Molekülen funktionieren im Labor schon recht gut. Doch mehr als Einzelstücke lassen sich von diesen potenziell biegsamen und sehr günstig herstellbaren Modulen nicht fertigen. Sie sind schlicht zu unzuverlässig und leiten Strompulse mal gut, mal lausig. Einen wesentlichen Grund für diese Unberechenbarkeit fanden nun amerikanische Materialforscher. Ihre Ergebnisse, die der organischen Elektronik mit zum Erfolg verhelfen könnten, veröffentlichten sie in der Fachzeitschrift "Nature Materials".

"Man kann ein einziges Einzelstück mit hoher Ladungsmobilität herstellen, aber man braucht eigentlich tausende davon", sagt Albert Salleo von der Stanford University. Sein Team schaute sich daher den inneren Aufbau geeigneter organischer Substanzen genauer an. Dabei schwankten die leitenden Eigenschaften des organischen Halbleiters Perylendiimid – kurz PDI8-CN 2 – sehr stark. Mit einem Modul konnten Strompulse bis zu 70 mal besser geleitet werden als mit einem anderen, fast gleich aussehenden. "Die meisten Arbeitsgruppen berichteten immer wieder über solche starken Schwankungen in der Mobilität der Elektronen", sagt Salleo.

Der Grund für diese große Hürde auf dem Weg zur Serienreife offenbarte sich Salleo und seinen Kollegen erst unter dem Mikroskop. Organische Halbleiter, in denen viele kleine Kristalle ungeordnet nebeneinander liegen, transportieren Elektronen sehr schlecht. Weisen die Grenzen der einzelnen Kristalle jedoch ordentlich in eine Vorzugsrichtung, nimmt die Mobilität der Elektronen schlagartig zu. Diese geordneten, organischen Halbleiter wären für den Bau von flexiblen Elektronikmodulen gut geeignet.

Auf der Grundlage dieser Studie könnten nun die Fertigungsverfahren für organische Halbleiter optimiert werden. Gelingt es, die Ausrichtung der winzigen Kristalle innerhalb der Halbleiter einfach zu kontrollieren, wäre ein wesentlicher Schritt zur Massenproduktion geschafft. Da sich im Unterschied zu klassischem Silizium aus organischen Halbleitern auch biegsame und rollbare Transistoren fertigen lassen, sind vor allem die Produzenten von elektronischem Papier an dieser Materialklasse interessiert.