Organische Halbleiter lernen riechen

Forscher der Technischen Universität Graz (TU Graz) haben gezeigt, wie mit chemisch aktiven Zwischenschichten die Leitfähigkeit organischer Halbleiter beeinflusst werden kann.

„Dadurch könnte beispielsweise eine neuartige elektronische Nase konstruiert werden“, erklärt Christian Slugovc, Chemiker an der TU Graz, gegenüber pressetext. Dabei sind Sensorik-Anwendungen wie beispielsweise zur Lebensmittelkontrolle gar nicht Primärziel der Forschungsarbeit. Sie zeigt vielmehr, dass Chemikalien genutzt werden können, um Feineinstellungen an organischen Halbleiter-Transistoren vorzunehmen. Das hat das Potenzial, die Produktion komplexer Schaltkreise aus organischen Halbleitern merklich billiger zu machen.

Ammoniak ist eine der Chemikalien, mit der organische Halbleiter chemisch beeinflusst werden können. Das farblose, giftige Gas entsteht beispielsweise, wenn Lebensmittel verrotten. Ein Sensor mit einem organischen Halbleiter könnte durch die Veränderung seiner Leitfähigkeit also praktisch riechen, ob Nahrungsmittel verderben. Aber nicht nur Ammoniak-Detektoren sind denkbar. „Das könnte mit allen basischen gasförmigen Substanzen gemacht werden“, meint Slugovc. Durch eine Kombination verschiedener Sensoren würde eine neuartige elektronische Nase entstehen. Solche Detektoren sind zwar noch Zukunftsmusik, so der Chemiker. Doch sie beruhen auf einem Prinzip, das einen wichtigen Grundlagenerfolg für die organische Halbleitertechnologie bedeutet.

„Wir können mit unserem Modell eine chemische Reaktion nutzen, um elektronische Eigenschaften zu kontrollieren“, erläutern Slugovc und Egbert Zojer, Physiker an der TU Graz. Die Dotierung der organischen Halbleiter wird chemisch beeinflusst und somit kann die Leitfähigkeit genau eingestellt werden. „Der Vorteil dieses Einstellens liegt darin, dass ein Transistor in einem elektronischen Gerät nie alleine zur Anwendung kommt“, erklärt Slugovc. Die Eigenschaften mehrerer Transistoren, die zu einem Gerät verbaut werden, müssen genau aufeinander abgestimmt werden. „Mit unserer Methode ist erstmals ein nachträgliches Feineinstellen möglich geworden“, betont der Chemiker. Dadurch könnten die Produktionsprozesse für Schaltkreise aus organischen Halbleitern deutlich billiger gemacht werden. Slogovc erwartet, dass die Industrie entsprechendes Interesse an der Methode zeigen wird.

Die Forschungsarbeit der Grazer Wissenschaftler wurde vom Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung und der Österreichischen Nanoinitiative finanziert. Die Forschungsergebnisse wurden im Journal „Advanced Materials“ veröffentlicht, in der Ausgabe zum 20. Jubiläum der materialwissenschaftlichen Fachzeitschrift.