BIO OFETs

Organische Transistoren mit Biomaterialien

Die organische Elektronik hat ein erstaunliches Potential für die Entwicklung elektronischer Produkte die ungiftig, umweltfreundlich und am Ende ihrer Lebensdauer biologisch abbaubar sind. Die ideale Lösung für die Produktion solcher Bauteile beinhaltet die Herstellung von Elektronik entweder aus natürlichen Materialien oder aus Materialien die erwiesenermaßen biologisch abbaubar oder biokompatibel sind. Natürliche oder natur-inspirierte kleine organische Moleküle wurden kürzlich erfolgreich von unserer Gruppe als Substrate und/oder Dielektrika in organische Feldeffekttransistoren implementiert, wobei die Performance gleichauf mit synthetischen Verbindungen am Stand der Technik war. Unter den untersuchten Materialien sind natürlich vorkommende Verbindungen wie Zellulose, Schellack, Nukleinsäuren, verschiedene Zucker, Gummis und Wachse um nur einige zu nennen. Andererseits bringt die Natur luftstabile organische Moleküle ohne intramolekulare Pi-Konjugation hervor, die jedoch durch die wesentlich stärkeren intermolekularen Kräfte der Wasserstoffbrückenbindung aneinandergekoppelt sind (z.B. DANN, Blüten- und tierische Pigmente, usw.). Trotz der sehr limitierten intramolekularen Pi-Konjugation, konnten wir zeigen, dass H-gebundene Halbleiter ein ausgeprägtes intermolekulares Pi-kojugiertes Netwerk mit hervorragenden Ladungstransport und Widerstand gegen Zersetzung bilden.

Unsere Gruppe verfolgt einen stark multi-disziplinäres Konzept zur Untersuchung neuer natürlicher und natur-inspirierter H-gebundener Halbleiter, wobei Schichtwachstum, Charakterisierung verschiedener Materialeigenschaften, Modellierung von Wachstum und Struktur, Synthese neuer Verbindungen und die Verwendung H-gebundener Moleküle in OFETs und high-performance ICs kombiniert wird. Diese innovative Ausrichtung unserer Forschung kann Wege eröffnen die parallel zur derzeitigen Konzentration auf van der Waals gebundene organische Halbleiter verlaufen. Die wesentliche Strategie besteht in der Aneignung grundlegenden Wissens, mit dem das volle Potential dieser Art von halbleitenden Materialien erfasst und in geeigneten Fällen auch verwirklicht wird.

Publikationen

Cellulose as Biodegradable High-k Dielectric Layer in Organic Complementary Inverters, A. Petritz et al.,  Applied Physics Letters 103, 153303 (2013)

Green Electronics: Biodegradable and Biocompatible Materials and Devices for Sustainable Future”, M. Irimia-Vladu et al., Chemical Society Reviews 43(2), 588 (2014)<br/><br/>Natural Resin Shellac as Substrate and Dielectric Layer for Organic Field-effect Transistors, M. Irimia-Vladu et al., Green Chemistry 15,  1473 (2013)<br/><br/>Hydrogen-bonds in Molecular Solids-from Biological Systems to organic Electronics, E.D. Glowacki et al., Journal of Materials Chemistry B  1, 3742 (2013)<br/><br/>Hydrogen-bonded Semiconducting Pigments for Air-stable Field-effect Transistors, E.D. Glowacki et al., Advanced Materials 25, 1563 (2013)<br/><br/>Intermolecular Hydrogen-bonded Organic Semiconductors: Quinacridone versus Pentacene, E.D. Glowacki et al., Applied Physics Letters 101, 023305 (2012)<br/><br/>Indigo-a Natural Pigment for High Performance Ambipolar Organic Field Effect Transistors and Circuits, M. Irimia-Vladu et al., Advanced Materials 24(3), 375 (2012)<br/><br/>Exotic Materials for Bio-organic Electronics, M. Irimia-Vladu et al., Journal of Materials Chemistry  21(5), 1250 (2011)<br/><br/>Biocompatible and Biodegradable Materials for Organic Field Effect Transistors, M. Irimia-Vladu et al., Advanced Functional Materials  20(23), 4069 (2010)