Der Kommerzialisierung von flexibler, nachhaltiger und druckbarer Elektronik steht derzeit noch die vergleichsweise schlechte Performance der Bauteile im Weg. Daher wird die Entwicklung von komplementären Schaltungen mit niedriger Spannung, hoher Verstärkung und hoher Frequenz als eines der wichtigsten Ziele der aktuellen Forschung auf diesem Gebiet angesehen.
Hochfrequente Logikschaltungen, wie Inverterschaltungen und Oszillatoren mit geringem Stromverbrauch und schneller Reaktionszeit, sind die wesentlichen Bausteine für großflächige, stromsparende, flexible und druckbare Elektronik der Zukunft. Die Arbeitsgruppe „Organische Bauelemente und Systeme“ (ODS) des Instituts für angewandte Physik (IAP) der TU Dresden arbeitet unter der Leitung von Dr. Hans Kleemann an der Entwicklung neuartiger organischer Materialien und Bauelemente für eine leistungsfähige, flexible und möglicherweise sogar biokompatible Elektronik und Optoelektronik.
Organische Transistoren in funktionalen Schaltungen
Die Steigerung der Leistungsfähigkeit organischer Schaltungen ist eine der zentralen Herausforderungen in ihrer Forschung. Erst vor einigen Monaten konnte Doktorandin Erjuan Guo einen wichtigen Durchbruch mit der Entwicklung von effizienten, druckbaren und einstellbaren vertikalen organischen Transistoren vermelden.
Aufbauend auf ihren bisherigen Erkenntnissen demonstrieren die Physiker nun erstmals vertikale organische Transistoren, die in funktionale Schaltungen integriert sind. Kleemann und seinem Team ist damit der Nachweis gelungen, dass solche Bauelemente eine zuverlässige Performance, Langzeitstabilität sowie noch nie dagewesene Leistungsmaße besitzen.
Höhere Leistungseffizienz und Arbeitsgeschwindigkeit
„In früheren Arbeiten haben wir herausgefunden, dass die zweite Steuerelektrode in der vertikalen Transistorarchitektur einen weiten Bereich der Schwellenspannungssteuerbarkeit ermöglicht, was solche Bauelemente ideal für effiziente, schnelle und komplexe Logikschaltungen werden lässt“, erklärt Guo. „In der aktuellen Publikation fügen wir der Technologie ein wichtiges Merkmal hinzu, indem wir komplementäre Schaltungen wie integrierte komplementäre Inverter und Ring-Oszillatoren demonstrieren. Mit solchen komplementären Schaltungen lassen sich die Leistungseffizienz und die Arbeitsgeschwindigkeit um mehr als eine Größenordnung verbessern. Das könnte den Eintritt der organischen Elektronik in den Gigahertz-Bereich ermöglichen.“
Die am IAP entwickelten komplementären Inverter und Ring-Oszillatoren sollen einen Meilenstein auf dem Weg zu einer flexiblen, stromsparenden GHz-Elektronik darstellen, wie sie zum Beispiel in drahtlosen Kommunikationsanwendungen benötigt wird. „Darüber hinaus könnten unsere Ergebnisse die gesamte Forschungsgemeinschaft dazu inspirieren, alternative vertikale organische Transistordesigns ins Auge zu fassen, da sie gleichzeitig einen Hochfrequenzbetrieb und eine kostengünstige Integration ermöglichen“, ergänzt Guo.
