Ein Forscherteam unter der Leitung der Universität Osaka (SANKEN - The Institute of Scientific and Industrial Research) in Kooperation mit dem JOANNEUM RESEARCH Institut MATERIALS hat gezeigt, wie die Bestrahlung eines organischen Polymers mit ultraviolettem Licht dessen elektronische Eigenschaften präzise verändern kann. Diese Arbeit könnte zur Kommerzialisierung flexibler Elektronik beitragen, die für die Echtzeitüberwachung im Gesundheitswesen und die Datenverarbeitung eingesetzt werden kann.
„Die integrierten Schaltkreise in Ihrem Smartphone sind zwar recht beeindruckend, aber es fehlen ihnen einige wichtige Eigenschaften. Da die Elektronik auf Silizium basiert, ist sie sehr starr. Sie ist im wörtlichen Sinne unflexibel und verfügt über chemische Eigenschaften, die nicht leicht zu verändern sind. Neuere Geräte, einschließlich OLED-Displays, werden aus organischen Molekülen auf Kohlenstoffbasis hergestellt, deren chemische Eigenschaften von Wissenschaftler*innen so eingestellt werden können, dass sie die effizientesten Schaltkreise erzeugen“ erklärt Forschungsgruppenleiterin Barbara Stadlober.
Die Steuerung der Eigenschaften von organischen Transistoren erfordert jedoch in der Regel die Integration komplexer Strukturen aus verschiedenen Materialien.
Die Forscher*innen haben UV-Licht eingesetzt, um die chemische Struktur eines dielektrischen Polymers namens PNDPE präzise zu verändern. Das Licht bricht bestimmte Bindungen im Polymer, das sich dann neu anordnen oder Querverbindungen zwischen den Strängen herstellen kann. Je länger die Belichtungszeit ist, desto stärker wird das Polymer verändert. Mit Hilfe einer Schattenmaske wird das UV-Licht nur auf die gewünschten Bereiche gerichtet, um die Leistung der Schaltung zu optimieren. Mit dieser Methode lassen sich Transistoren mit der gewünschten Schwellenspannung mit hoher räumlicher Auflösung aus nur einem einzigen Material herstellen.
"Es ist uns gelungen, die Eigenschaften organischer integrierter Schaltkreise durch anhaltende lichtinduzierte Veränderungen in der Molekularstruktur selbst zu steuern", erklärt der Koautor der Studie, Takafumi Uemura.
„In Zukunft könnten wir intelligente Versionen von fast allem sehen, von der Medizinflasche bis zur Sicherheitsweste. Um die Rechenanforderungen des "Internets der Dinge" zu erfüllen, werden höchstwahrscheinlich flexible elektronische Lösungen erforderlich sein", sagt der Forschungsgruppenleiter Prof. Tsuyoshi Sekitani. Diese Technologie kann insbesondere auf Herstellungsmethoden für ultraleichte, tragbare Gesundheitsgeräte angewendet werden.
Der Artikel "Heterogeneous functional dielectric patterns for charge carrier modulation in ultraflexible organic integrated circuits" wurde im Journal Advanced Materials veröffentlicht: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202104446