Polymere und Elektronik

Die Herstellung von anorganischen Feldeffekttransistoren erfordert Verarbeitungstemperaturen von über 350 °C für das Aufbringen der Si-Schichten, dagegen können organische Halbleiter bereits bei wesentlich geringeren Temperaturen aufgebracht und prozessiert werden. So können diese in der Regel bei Temperaturen zwischen 20 ºC und 100 ºC verarbeitet werden und ermöglichen so die Herstellung elektronischer Bauelemente auf flexiblen Polymerfolien wie z. B. Polyethylenterephthalat (PET). Dabei spielt die Entwicklung von Prozessierungsschritten aus Lösung, z. B. das Aufbringen der organischen Halbleiter und der Dielektrika für eine kostengünstige Fertigung flexibler elektronischer Bauelemente, eine große Rolle. Umfangreiche Untersuchungen zeigten, dass die mikroskopische Anordnung der einzelnen Moleküle innerhalb der organischen Halbleiterschicht einen wesentlichen Einfluss auf die Performance des Transistors hat. Somit besteht ein neuer Weg darin, organische Verbindungen mit selbstorganisierenden Eigenschaften zu synthetisieren. Neben der Synthese von neuen semikristallinen Copolyalkylthiophenen und auch Blockcopolymeren wurden vor allem neue (Trialkylsilyl)ethinyl substituierte Benzothiophen-derivate sowohl als kleine Moleküle als auch als Comonomereinheit in Polymeren hergestellt.

Ein kritischer Punkt stellt dabei das System organischer Halbleiter/organisches Dielektrika dar. Normalerweise besitzen polymere dielektrische Filme niedrige Kapazitäten, deshalb können die daraus bisher aufgebauten OFETs nur bei relativ hohen Spannungen betrieben werden. Um ausreichend niedrige OFET-Betriebsspannungen sowie hohe Source-Drain-Ströme bei relativ hohen Geschwindigkeiten zu erzielen, ist eine dramatische Steigerung in der Performance der Grenzfläche des organischen Halbleiters mit dem organischen Isolator notwendig. Wir entwickeln neue polymere Dielektrika, die auf die neu synthetisierten organischen Halbleitermaterialien abgestimmt sind. Sie lassen sich zu Schichten im Bereich von 20 bis 200 nm pinhole-frei verarbeiten und weisen eine gute Durchschlagfestigkeit auf. Ausgehend von dem Konzept der Herstellung von vernetzbaren Polymerblends werden anstelle der reinen Polymeren wie Polyvinylphenol oder Polystyren, Copolymere mit z. B. Styrol-, Vinyl-tetrafluorbenzol, Epoxystyren und Vinylphenol-Einheiten hergestellt  und diese anschließend in der Schicht thermisch vernetzt.
Mit dem Aufbau von Copolymeren besteht die Möglichkeit, die Hydrophilie bzw. Hydrophobie der polymeren Dielektrika zu variieren und diese dem einzusetzenden polymeren Halbleiter anzupassen.