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Organische Elektronik (OLAE)

Flexible organische Elektronik

Organische Elektronik ist eine zukunftsweisende Technologie zur kostengünstigen und umweltverträglichen Herstellung elektronischer Komponenten auf der Grundlage von leitenden und halbleitenden Kunststoffen. Die Gruppe Hybridelektronik und Strukturierung arbeitet seit vielen Jahren an der Entwicklung von Schaltungen, die auf organischen Transistoren basieren und mittels innovativer Verfahren auf flexiblen Substraten wie Folie, Papier und Textil hergestellt werden.

Organische Elektronik wird je nach Betonung der Eigenschaften auch als Organic and Large Area Electronics (OLAE), Green Electronics, Flexible Elektronik (Flexible Electronics), mitunter auch Plastic Electronics bezeichnet.

Organische Transistoren, Kondensatoren und Schaltkreise auf flexibler Folie

Vorteile gedruckter Elektronik

  • Kostengünstige, energieeffiziente Herstellungsverfahren, z.B. Rolle-zu-Rolle 
  • Umweltfreundliche Materialien
  • Großflächige und flexible Substrate
  • Innovative, ressourcenschonende Technologien, z. B. Digitale Druckverfahren

Anwen-dungen

Die Anwendungsmöglichkeiten von Organischer Elektronik sind so vielfältig wie faszinierend und werden unseren Alltag nachhaltig verändern.  

  • Autonome intelligente Umgebung durch das Internet der Dinge: gedruckte RFID Tags und Memories
  • Intelligente und sichere Verpackungen für sensible Produkte wie Lebensmittel oder Medikamente: Smart Labels für Schutz, Logistik, Fälschungssicherheit
  • Sichere Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine: Elektronische Haut für Industrieroboter
  • Sensorische Oberflächen: Aktivmatrixadressierung  und Signalverstärkung in großflächigen gedruckten Sensoren
  • Biomedizin: Biokompatible Transistoren als Biosensoren in Lab-on-a-Foil Systemen
  • Tragbare Elektronik: Dehnbare Schaltungen zur Steuerung von Sensoren und Displays

Organischer Dünnfilm-transistor (OTFT)

Ein organischer Dünnfilmtransistor (OTFT) ist ein 3-poliges Bauelement und benötigt 4 Materialien: 

  • ein elektrisch leitendes Material für die Source-, Drain- und Gate-Elektroden
  • ein isolierendes Material für das Dielektrikum
  • ein halbleitendes Material für die aktive Halbleiterschicht
  • sowie ein flexibles Trägersubstrat 

Ein Transistor wird als „organisch“ bezeichnet, wenn zumindest die halbleitende Schicht aus organischen Molekülen wie z.B. Polymeren besteht. Die Verwendung von organischen Transistoren in komplexeren Schaltungen erfordert sehr schnelle und leistungsfähige Einzelbauelemente, was durch Optimierung des Materialsystems, des Designs und des Herstellungsprozesses erreicht wird.

Am Standort Weiz steht ein Reinraum für die Fertigung von organischer Mikroelektronik zur Verfügung, wobei eine Reihe von unterschiedlichen Strukturierungs- und Beschichtungsmethoden wie Nanoimprintlithographie, Druckverfahren, Vakuumbeschichtung und Fotolithographie zum Einsatz kommt.

Aufbau eines OTFT in bottom-gate bottom-contact Konfiguration

Organischer elektro-chemischer Transistor (OECT)

Der organische elektrochemische Transistor (OECT) ist ein Bauelement, in dem der Ladungstransport im Gegensatz zu OTFTs nicht nur durch Elektronen, sondern auch durch Ionen erfolgt. Ein großer Vorteil der OECTs ist ihre einfache Struktur mit allen Elektroden aus demselben Material und in einer Ebene. Es wird kein Dielektrikum benötigt, nur zwei Materialien reichen aus um funktionsfähige OECTs zu herzustellen:

  • ein leitfähiges Polymer (PEDOT:PSS) als organischer Halbleiter, das durch eine Redox-Reaktion seine Leitfähigkeit über mehrere Größenordnungen ändern kann
  • ein Elektrolyt

Mit diesem Aufbau sind Betriebsspannungen von weniger als einem Volt und schnelle, einfache Fertigung mittels Druckverfahren auf Folie oder Papier möglich. Damit ist auch der Weg zu äußerst kostengünstigen gedruckten Schaltungen geebnet. Allerdings sind OECTs wegen des beteiligten Ionentransports im Allgemeinen langsamer als OTFTs.

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