Nanophysiker der Universität Münster entwickeln neuartiges Konzept für molekulare Fototransistoren

Fototransistoren stellen wichtige Baueinheiten in der Optoelektronik dar, um Licht einzufangen und in elektrische Signale umzuwandeln. Speziell für die Entwicklung von biegsamen und faltbaren elektronischen Komponenten sind organische Fototransistoren (OFT) von besonderem praktischem Interesse.

Neben ihrer mechanischen Flexibilität sind sie leicht, preiswert und verhältnismäßig einfach großflächig herstellbar.

Durch die gezielte Änderung der molekularen Struktur können die physikalischen Eigenschaften in weiten Bereichen präzise eingestellt werden.

Die bisher bekannten Entwicklungen organischer OFT lagen mit ihrer Leistungsfähigkeit stets hinter der von anorganischen oder Hybrid-Systemen.

Die Hauptursache hierfür liegt in der niedrigen Beweglichkeit der Ladungsträger in organischen, fotoresponsiven Materialien, die die Effizienz des Ladungstransports und Fähigkeit, Ladungsträger effizient einzufangen, beeinträchtigt.

Der neue Ansatz der Forscher basiert auf der Nutzung von kleinen Molekülen – 2, 6-Diphenylanthrazen (DPA) – anstelle von langen Polymerketten.

Diese Moleküle besitzen eine stark fluoreszierende Anthrazen-Einheit als halbleitenden Kern und Phenylgruppen (in 2, 6-Position zur Anthrazen-Einheit), welche die Ladungsträgermobilität und die opto-elektronischen Eigenschaften optimieren.

Die so hergestellten, aus keinen Molekülen bestehenden Fototransistoren weisen eine hohe Fotoempfindlichkeit, Fotoresponsivität und Detektivität auf.

„Die erreichten Werte überragen diejenigen aller anderen bekannten OFT und gehören zu den besten aller bisher bekannten Fototransistoren, in vielen Bereichen sogar denen der anorganischen“, erläutert Dr. Deyang Ji, der die neuen Fototransistoren im Physikalischen Institut der WWU hergestellt hat und Hauptautor der Veröffentlichung ist.

Dr. Saeed Amirjalyer, Gruppenleiter am CeNTech und Co-Autor der Arbeit, ergänzt: „Durch die Kombination der experimentellen Daten mit Simulationen konnten wir die hohen Leistungsdaten der entwickelten Fototransistoren quantitativ verstehen, was eine gezielte Optimierung ermöglicht.“

Durch die geeignete Wahl organischer Moleküle und physikalischer Grundlagenforschung konnte so eine wichtige Brücke zur technologischen Anwendung im Bereich der Sensorik oder Datenübertragung geschlagen werden.

Die Arbeit wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (SFB 858 und TRR 61) unterstützt.

Prof. Dr. Harald Fuchs
Physikalisches Institut, Universität Münster
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Deyang Ji, Tao Li, Jie Liu, Saeed Amirjalayer, Mianzeng Zhong, Zhao-Yang Zhang, Xianhui Huang, Zhongming Wei, Huanli Dong, Wenping Hu and Harald Fuchs: Band-like transport in small-molecule thin films toward high mobility and ultrahigh detectivity phototransistor arrays. Nature Communications 10, Article number: 12 (2019). doi: 10.1038/s41467-018-07943-y.