Vertikale organische Transistoren für Hochfrequenzanwendungen und niedrige Betriebsspannungen

• Antragsteller: Professor Dr. Johann-Wolfgang Bartha; Professor Dr.-Ing. Frank Ellinger; Professor Dr. Karl Leo
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 240553371

Organische Feldeffekttransistoren (OFETs) gelten als vielversprechende Basistechnologie einer kostengünstigen und flexiblen Elektronik. Aufgrund eines tiefgehenden Verständnisses ihrer Funktionsweise konnten in den letzten Jahren deutlich verbesserte Leistungen erzielt werden. Trotzdem sind OFETs aufgrund der niedrigen Ladungsträgerbeweglichkeit organischer Halbleiter begrenzt in Schaltfrequenz und Sättigungsströmen, weshalb sie für viele Anwendungen nicht eingesetzt werden können. Ihre Leistungsfähigkeit könnte durch eine Verringerung der Kanallänge erhöht werden, was jedoch teure Strukturierungsmethoden erfordert, die den Vorteil der organischen Elektronik als kostengünstige Technologie reduzieren.Um die Grenzen konventioneller OFETs zu überwinden, wird in diesem Projekt eine neuartige Technologie entwickelt. Anstelle des horizontalen Aufbaus wird der Transistor in vertikaler Richtung strukturiert. Dadurch wäre die Kanallänge durch die Dicke von organischen oder metallischen Schichten definiert, deren Kontrolle bis in den Nanometerbereich möglich ist. Die Kanallänge kann so ohne den Einsatz von teurer Strukturierung bis in den Bereich unterhalb 100nm skaliert werden.Das Projekt verbindet alle Forschungsaspekte, die benötigt werden, um diese Technologie zu entwickeln. Es verfolgt die folgenden Ziele: a) Die Leistungsfähigkeit von vertikalen Transistoren, die bereits am IAPP entwickelt wurden, wird mit Hilfe einer Dotierung am Source- bzw. Drainkontakt und mit Hilfe von am IHM entwickelten Isolatorschichten erhöht (IAPP/Leo, IHM/Bartha), b) die Hochfrequenzeigenschaften dieser Transistoren werden bestimmt und optimiert (IAPP/Lüssem, CCN/Ellinger) und c) ein vollständig organischer Verstärker, der bei hohen Frequenzen arbeitet, wird realisiert (CCN/Ellinger, IAPP/Lüssem). Die Partner zeigen eine ideale Kombination an Erfahrungen für das Projekt. Das IAPP hat verschiedene vertikale Transistorkonzepte entwickelt und ist bekannt für seine Dotiertechnologie, die essentiell für eine verbesserte Leistungsfähigkeit der vertikalen OFETs ist. Das IHM hat große Expertise in der Atom- bzw. Molekularlagenabscheidung (ALD bzw. MLD), die zur Herstellung von neuartigen, dünnen organisch/anorganischen Mischschichten dient. Diese werden als Gate-Isolator zur Senkung der Betriebsspannung der Transistoren verwendet. Das CCN ist Experte im Design von integrierten Schaltkreisen bestehend aus CMOS und BiCMOS Technologien und in "Beyond and Beside Moore" Technologien wie Kohlenstoffnanoröhren, Nanodrähte oder organische und polymere Bauelemente. Seine Expertise ist essentiell für das Design des organischen Verstärkers und die Bestimmung der Hochfrequenzeigenschaften der Transistoren.Das Zusammenspiel von Physik, Materialwissenschaften, Elektrotechnik und Schaltungsdesign wird zu neuen Perspektiven in der Forschung zu organischen Transistoren führen und unkonventionelle Lösungen ermöglichen, die weitere Durchbrüche in der organischen Elektronik erlauben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Professor Dr.-Ing. Björn Lüssem