Transparente Transistoren aus Leipzig eröffnen ungeahnte Möglichkeiten

„Gegenüber den bereits existierenden Ansätzen benötigt die neu entwickelte Technologie deutlich kleinere Betriebsspannungen.“ erläutert Prof. Dr. Marius Grundmann, in dessen Arbeitsgruppe am Institut für Experimentelle Physik II die neuen Transistoren entwickelt wurden.

Die Feldeffekttransistoren eignen sich somit insbesondere für die Anwendung in mobilen, batteriegespeisten Geräten, deren Laufzeit so verlängert werden kann. Die Forschungsergebnisse der Leipziger Physiker wurden jetzt in der Fachzeitschrift „Advanced Materials“ veröffentlicht. Autoren des Beitrags sind neben Grundmann selbst unter anderem die Doktoranden Heiko Frenzel und Alexander Lajn sowie Dr. Holger von Wenckstern.

Der Fortschritt der Leipziger Forscher liegt im Verzicht auf eine isolierende Schicht und der Entwicklung spezieller transparenter Kontakte, so dass die Transistoren hervorragend funktionieren und dabei durchsichtig sind. In den Bauelementen finden nur Materialien, die in ausreichender Menge auf der Erde verfügbar sind, Verwendung und gleichzeitig werden kostengünstige Herstellungsverfahren verwendet.

Transistoren als grundlegendes Schaltelement eines jeden Schaltkreises werden üblicherweise aus Silizium gefertigt, das jedoch nicht transparent ist. In Grundmanns Arbeitsgruppe griff man deshalb auf Zinkoxid als Grundmaterial zurück, um damit durchsichtige Transistoren bauen. „Die mögliche Anwendungspalette ist riesig“, so Lajn. Denkbar seien zum Beispiel transparente Displays, die auf Fensterscheiben angebracht sind oder auch Tastaturen, die auf der Oberfläche von Möbeln liegen, aber kaum noch auffallen. „Ein Handy könnte – bis auf die weiterhin sichtbare Batterie – wie eine Glasscheibe aussehen. Mit Hilfe eines solchen Displays könnte ein Mechaniker gleichzeitig Bauplan und Bauteil vor Augen haben und damit Reparaturen schneller und fehlerfreier ausführen“, blickt Lajn in eine plötzlich gar nicht mehr unvorstellbare Zukunft voraus.

„Da das Material auch auf flexible Strukturen aufgebracht werden kann, wäre es zum Beispiel zukünftig möglich, ein komplettes Navigationssystem an die Scheibe zu kleben und zu nutzen“, beschreibt Lajn. Zusatzinformationen aus Warnassistenzsystemen könnten dabei ebenso integriert werden wie die bislang über die Armaturen abzulesenden Informationen über Geschwindigkeit oder Motortemperatur. „Es ist eine Technologie, die auch auf großen Flächen ökonomisch ist“, fügt Grundmann hinzu. Denkbar wäre es dadurch unter anderem auch, programmierbare Tapeten an Wände zu bringen. „Die wechseln dann das Muster je nach Geschmack, Laune oder Tageszeit.“

Doch neben den bereits erwähnten Vorteilen haben die transparenten Transistoren einen weiteren Vorteil: „Während Siliziumelektronik durch Lichteinstrahlung stark gestört wird und deshalb vor Licht geschützt werden muss, ist das bei unseren Transistoren im Idealfall vollkommen unnötig“, erklärt Grundmann. Die Funktionalität der Schaltelemente werde durch einfallendes Licht kaum beeinträchtigt.

Mit den transparenten Transistoren ist den Leipziger Physikern ein großer Sprung gelungen. Das deutsche Patent für diese wegweisende Erfindung steht kurz vor der Erteilung. Damit setzt sich eine langjährige Tradition fort, erdinand Braun 1874 in Leipzig entdeckt. Der Feldeffekttransistor wurde vom Leipziger Physiker Julius Edgar Lilienfeld 1925 erfunden und 1930 patentiert.