Netzwerke aus halbleitenden Kohlenstoffnanoröhrchen für flexible und dehnbare Hochfrequenzschaltungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die selektive Dispersion von halbleitenden einwandigen Kohlenstoffnanoröhrchen (SWCNT) durch Umwickeln mit konjugierten Polymeren in organischen Lösungsmitteln ermöglicht die Herstellung von ungeordneten Netzwerken aus Lösung. Diese können als halbleitende Schichten in Feldeffekttransistoren mit hoher Ladungsträgerbeweglichkeit dienen und sind somit für Hochfrequenzelektronik auf flexiblen Substraten geeignet. Es wurde eine Reihe von Polyfluoren-Copolymeren synthetisiert, die nicht nur eine selektive Dispersion ermöglichten, sondern auch spaltbare Einheiten aufwiesen, die eine vollständige Entfernung der Polymere nach der Abscheidung des Netzwerks ermöglichen sollten. Einige der Polymere zeigten zwar eine gute Selektivität gegenüber halbleitenden SWCNTs, konnten aber nicht gespalten werden, ohne die SWCNTs zu beschädigen. Daher wurden Netzwerke aus SWCNTs mit unterschiedlichen Durchmessern mit so wenig wie möglich nicht-spaltbarem Polymer abgeschieden und charakterisiert. Feldeffekttransistoren mit ultradünnen Hybrid-Gate-Dielektrika wurden auf flexiblen Polyimidfolien hergestellt. Sie zeigten guten ambipolaren Ladungstransport mit hohen Loch- und Elektronenmobilitäten (5 - 15 cm²/(Vs)) und arbeiteten zuverlässig bei sehr niedrigen Spannungen (< 2 V) und selbst bei wiederholter mechanischer Belastung durch Biegen. Durch die Behandlung mit verschiedenen molekularen Dotanden (ttmgb, F4TCNQ und HATCN) konnten ausschließlich p- und n-halbleitende Transistoren erzeugt werden. Die erhaltenen komplementären Transistoren wurden in einfache Inverter-Schaltungen integriert, die ein gutes Rail-to-Rail-Verhalten mit hohem Gain und niedriger statischer Verlustleistung aufwiesen. Insgesamt zeigen diese dotierten SWCNT-Transistoren vielversprechende Eigenschaften für Hochfrequenzschaltungen auf flexiblen Substraten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
Molecular n-Doping of Large- and Small-Diameter Carbon Nanotube Field-Effect Transistors with Tetrakis(tetramethylguanidino)benzene. ACS Applied Electronic Materials, 3(2), 804-812.
Gotthardt, Jan M.; Schneider, Severin; Brohmann, Maximilian; Leingang, Simone; Sauter, Eric; Zharnikov, Michael; Himmel, Hans-Jörg & Zaumseil, Jana
-
Poster at NT22 Conference 2022 in Suwon, Republic of Korea (Best Poster Award) “Molecular Doping of Bottom-Gate Top-Contact Semiconducting Carbon Nanotube Network Field-Effect Transistors for Flexible Electronics”
J.M. Gotthardt
-
Talk at MRS Fall Meeting 2022, Symposium NM02 “Molecular Doping of Bottom-Gate/Top-Contact Nanotube Network Field-Effect Transistors for Flexible Electronics”
J.M. Gotthardt
