Entwicklung mehrlagiger, polymerbasierter, elektronischer Bauelemente mittels maßgeschneiderter thermischer Behandlungen

• Antragstellerin: Dr.-Ing. Katherina Haase
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Polymermaterialien
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 555553457

Dank der jüngsten Fortschritte im Design und der Prozessierung von konjugierten Polymeren konnten in den letzten Jahren wesentliche Verbesserungen in der Polymerelektronik erzielt werden. Jedoch stellt die Lösemittel-basierte Verarbeitung der Materialien nach wie vor ein enormes Hindernis für die Herstellung komplexerer, mehrlagiger Bauelemente dar. Um solche zu ermöglichen, wurden in der Vergangenheit verschiedenste Strategien entwickelt. Diese reichen von der gezielten chemischen Synthese von vernetzbaren Materialien bis hin zur Entwicklung innovativer Prozessierungsmethoden. Während mit diesen Entwicklungen einige vielversprechende Ergebnisse erzielt werden konnten, sind der Großteil der publizierten Ansätze auf einzelne Materialien beschränkt, erfordern die spezifische chemische Synthese, oder riskieren die unerwünschte Dotierung oder Degradation der polymeren Halbleiter. Es ist daher wichtig, Strategien zu entwickeln, welche die konjugierten Polymere einer möglichst niedrigen Chemikalien-, Hitze und Strahlungsbelastung aussetzen, und gleichzeitig auf viele Halbleiter anwendbar sind. In diesem Projekt soll eine solche Methode - das thermische physikalische Vernetzen (kurz "TPC" von Englisch "thermal physical cross-linking") - untersucht werden. TPC beruht auf der Erhöhung der Lösemittelbeständigkeit von polymeren Dünnschichten auf Grund der morphologischen Veränderungen während der thermischen Behandlung. Dies erscheint besonders vielversprechend, da die Komplexität der Prozessierung kaum erhöht wird und TPC nicht auf der Verwendung zusätzlicher Chemikalien mit potenziell negativer Auswirkung auf die Funktionalität beruht. Da der TPC zugrundeliegende Mechanismus bisher nicht im Detail geklärt werden konnte, und TPC für die Herstellung mehrlagiger Polymerelektronik noch nicht untersucht wurde, soll dieses nun im Rahmen dieses Projektes in Angriff genommen werden. Durch zielgerichtete Experimente sollen dabei zunächst die Rahmenbedingungen für TPC, einschließlich der Polymereigenschaften, welche TPC bedingen, aufgedeckt werden. Das erworbene Wissen soll dann in die Herstellung innovativer Polymerbauelemente wie Transistoren mit mehrlagigen Halbleiterschichten fließen: unter anderem sogenannte anti-ambipolare Transistoren (AATs) sowie verschiedenste transistor-basierte Speicherelemente. Eine für die Studie interessante Gegebenheit ist dabei die Möglichkeit, letztere Bauelemente mit sowohl planarer als auch vertikaler Kanalausrichtung zu entwerfen. Während die Entwicklung dieser Bauelemente selbst bereits wichtige Beiträge zur Realisierung von Polymerelektronik darstellt, liefern die Ergebnisse des Projektes weitere wichtige Impulse für die Nutzung des physikalischen Vernetzens zur Entwicklung weiterer, und komplexerer Polymer-Bauelemente, wie pin-Dioden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen