MXen–Organische Halbleiter-Verschnitte mit hohen Ladungsträgermobilitäten für die Anwendung in gedruckter Organischer Elektronik

• Antragsteller: Professor Dr. Xinliang Feng
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 399684426

Das hier beschriebene Projekt „MXen–Organische Halbleiter-Verschnitte mit hohen Ladungsträgermobilitäten für die Anwendung in gedruckter Organischer Elektronik“ (MX-OSMOPED) beschäftigst sich damit die hohen Ladungsträgertransporte im delokalisierten Zustand von MXenen mit denen von hochmodernen organischen Halbleiterkristallen (engl. organic semiconductor crsytals) (OSC) zu kombinieren und Hochgeschwindigkeitselektronikbauteile aus MXen/OSC-Verschnitten zu drucken. Tinten aus MXenen und OSCs werden synthetisiert. Mit diesen Tinten sollen organische Dünschichttransistoren (OTFTs; engl. organic thin film transistors) auf flexible Substraten gedruckt werden. Im Speziellen werden neuartige OSCs aus [1]Benzothieno[3,2-b][1]benzothiophen (BTBT) und Dinaptho[2,3-b:2‘,3‘-f]thieno[3,2-b]thiophen (DNTT) sowie MXene aus Ti3AlC2, Nb2AlC und V2AlC untersucht werden. Für die resultierenden elektronischen Bauteile werden Ladungsträgermobilitäten von über 50 cm2/Vs und An-/Aus-Verhältnisse von 105 erwartet. Hierzu werden wir detaillierte multiskalierte Charakterisierung der Morphologie, Struktur, energetischen Lagen und Transporteigenschaften der gedruckten Verschnitt-Lagen durchführen. Die Ergebnisse dienen als Eingangswert für weitere theoretische Modellierung zum Beispiel der elektronischen Eigenschaften der mikroskopischen Umgebung an der MXene/OSC Schnittstelle. Rückwirkend soll das Ergebnis der Modellierung zur Optimierung des Synthesevorgangs der MXen/OSC-Verschnitte genutzt werden. Sobald die Eigenschaften der Lagen optimiert und sehr gut theoretisch verstanden sind, werden OTFTs gedruckt und das Protokoll zu ihrer Herstellung optimiert, um höchste Ladungsträgermobilitäten und An-/Aus-Verhältnisse zu erhalten.Über den gesamten Projektzeitraum wird besonderer Wert darauf gelegt, dass die Ergebnisse über verschiedene Kanäle den Experten, den Entscheidungsträgern, den jungen wissenschaftlich-orientierten und auch dem breiten Publikum kommuniziert werden. Die Partner des Konsortiums decken alle zum erfolgreichen Projektabschluss benötigten Kompetenzfelder ab. Das Konsortium enthält Experten in den Bereichen: Synthese von fortschrittlichen zweidimensionalen (2D) Materialien und OSCs mit hohen Ladungsträgermobilitäten; theoretische Modellierung der elektronischen Eigenschaften von 2D-Material/OSC Schnittstellen und Herstellung sowie Charakterisierung von komplexen organischen Elektronikbauteilen. Das Projekt ist hierbei hochgradig komplementär zu Aktivitäten, die im Rahmen einer Reihe von Graphene Flagship Arbeitspaketen (WP1, WP3, WP9 und WP13) durchgeführt werden. Dadurch werden neue wegweisende Ideen für das gesamte Graphene Flagship Programm gewonnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Belgien, Frankreich, Slowenien
• Kooperationspartner: Professor Dr. David Jacques Beljonne; Professor Dr. Gvido Bratina; Professor Dr. Paolo Samorì