Vertikale Transistoren aus transparenten, elektrisch leitfähigen Oxiden auf flexiblen Substraten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Übergeordnetes Ziel des Projekts war die Herstellung und Untersuchung von vertikalen Transistoren auf Basis oxidischer Halbleiter auf flexiblen Substraten als Technologie für zukünftige gedruckte Hochfrequenzschaltungen. Wir haben das Konzept des vertikalen Transistors mit pemeabler Basis (PBT) angepasst, das zu hervorragenden Ergebnissen für organische Halbleitermaterialien geführt hat. Die wichtigste Komponente des PBTs, die Schottky-Diode, konnten wir mit gedruckten Halbleitern auf Oxidbasis herstellen. Leider war die Stabilität dieser Schichten so schlecht, dass wir keine funktionsfähigen PBTs bauen konnten. Basierend auf einer neu etablierten Zusammenarbeit wurde dieses Problem jedoch gelöst, und wir werden mit der Herstellung vollständiger PBTs fortfahren. Aufgrund dieser unerwarteten Probleme haben wir uns entschieden, unsere Arbeit mit organischen Transistoren mit durchlässiger Basis (OPBTs) fortzusetzen. Glücklicherweise konnten wir aufgrund jüngster Prozessverbesserungen eine sehr hohe Ausbeute bei der Herstellung von Bauelementen und eine hervorragende Bauelementqualität nachweisen, die unsere Erwartungen an die Oxidbauelemente erfüllt oder sogar übertroffen hat. Wir haben mehrere Kooperationen aufgebaut, die unsere Arbeit unterstützen, indem wir ein physikbasiertes Modell für diese Geräte entwickeln. Basierend auf diesem Modell haben wir ein tiefes Verständnis der zugrunde liegenden Transportphänomene entwickelt. Insbesondere fanden wir heraus, dass weder die Größe noch die Dichte der nm-großen Löcher in der Basis für die Bauelementleistung innerhalb des experimentellen Parameterbereichs wesentlich sind. Daher erwiesen sich die OPBTs als sehr robust gegenüber Schwankungen der Prozessbedingungen. Schließlich haben wir mit dem Know-how aus der Modellentwicklung komplementäre Schaltungen (Ringoszillatoren und Inverter) entworfen, hergestellt und vermessen. Diese Bauelemente haben eine hervorragende Ausbeute, zeigen eine hohe Inverterverstärkung (>30) und die Signalverzögerung pro Stufe beträgt nur 11 ns bei einer Versorgungsspannung von nur 4 V. Mit diesen Entwicklungen haben gedruckte vertikale Transistoren große Fortschritte gemacht und stehen kurz davor, die GHz-Schwelle zu überschreiten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
Integrated complementary inverters and ring oscillators based on vertical-channel dual-base organic thin-film transistors. Nature Electronics, 4(8), 588-594.
Guo, Erjuan; Xing, Shen; Dollinger, Felix; Hübner, René; Wang, Shu-Jen; Wu, Zhongbin; Leo, Karl & Kleemann, Hans
-
Organic Permeable Base Transistors – Insights and Perspectives. Advanced Optical Materials, 9(14).
Guo, Erjuan; Dollinger, Felix; Amaya, Baltasar; Fischer, Axel & Kleemann, Hans
-
“Novel Concepts for Organic Transistors: Physics, Device Design, and Applications,” Habilitation, TU Dresden (2021).
Hans Kleemann
-
“Organic Permeable Base Transistors: Physics and Applications”, Dissertation TU Dresden (2021).
Erjuan Guo
-
45‐2: Invited Paper: Towards High‐Performance Organic Transistors for Display and other Applications. SID Symposium Digest of Technical Papers, 53(1), 565-568.
Guo, Erjuan; Wu, Zhongbin; Liu, Yuan; Kleemann, Hans & Leo, Karl
