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Abbildung 1: Querschnitt der verwendeten Transistoren (nicht
maßstabsgetreu).
Hostaphan) oder PEN (Polyäthylennaphthalat)) zum
Einsatz. Die Herstellung auf dünnen und flexiblen
Substraten ist aufwändiger und fehleranfälliger als auf
Glas, daher werden experimentelle Strukturen meistens
auf Glassubstraten untersucht. Zur präzisen Charakterisierung
der Halbleiter werden teilweise auch Si-
Wafer eingesetzt, in diesen können z.B. die Elektroden
für Drain und Source schon eingearbeitet sein.
Drain und Source werden auf Glas oder Folie meist
aufgedampft, seltener gedruckt. Silber und Gold eignen
sich wegen ihrer Austrittsarbeit relativ gut für die
Verwendung als Elektroden in OTFT. Für Druckverfahren
sind Tinten mit (Nano-) Metallpartikeln erhältlich,
auch organische Verbindungen kommen zum
Einsatz z.B. PEDOT:PSS.
Oft wird über den Elektroden eine weitere Schicht
aufgebracht, sogenannte SAM (Self Assembling
Monolayer), welche die Austrittsarbeit verändern und
so Potentialbarrieren zwischen Halbleiter und Metall
verringern. Eine schlechte Anpassung der Austrittsarbeit
resultiert in hohen Kontaktwiderständen zwischen
Elektrode und Halbleiter [1]. Als Halbleiter kommen
verschiedene organische Verbindungen zum Einsatz,
häufig verwendete Materialien sind z.B. Pentacen,
P3HT (Poly-3-Hexylthiophen) und PTAA
(Polytriphenylamin) [2], [3]. Neben den elektrischen
Eigenschaften ist insbesondere die Löslichkeit und
Prozessierbarkeit der Halbleiter wichtig. Manche
organische Halbleiter lösen sich nur in sehr giftigen
und aufwändig zu verarbeitenden Lösemitteln und
sind daher für eine Serienfertigung auf Druckmaschinen
nicht geeignet.
Als Dielektrikum werden ebenfalls unterschiedliche
Verbindungen eingesetzt. Genauso wie der Halbleiter
sollen diese ebenfalls flüssig-prozessierbar sein. Häufig
verwendete Dielektrika sind z.B. PMMA (Plexiglas
® , Evonik Röhm GmbH) oder Cytop ® (Asahi
Glass) [4], [5]. Auf strukturierten Si-Wafern wird auch
SiO2 verwendet.
Als Gate werden prinzipiell die gleichen Materialien
wie für Drain und Source verwendet, für transparente
Anwendungen kommt auch das anorganische
Indiumzinnoxid (ITO) zum Einsatz. Typische Dicken
der einzelnen Schichten sind z.B: Elektroden: 50-
100 nm, Halbleiter: 20-100 nm, Dielektrikum: 500-
1500 nm, Gate 50-100 nm.
2
0 E+00
I D/A
-1 E-06
-5 V Messung
-5V VRH_Modell
-15 V Messung
-15V VRH_Modell
-40 V Messung
-40 V VRH_Modell
-2 E-06
-40 -30 -20 -10 UG/V 0
Abbildung 2: Transferkennlinien eines OFET, UDS = -5 V /-15 V/
-40 V Punkte sind Messwerte, durchgehende Linien sind simuliert.
B. Unterschied von OTFT zu anorganischen FET
Prinzipiell ist die Funktionsweise von organischen
FETs sehr ähnlich zu herkömmlichen Si-Transistoren.
Es gibt jedoch einige nennenswerte Unterschiede:
Anders als bei Silizium ist bei organischen Halbleitern
die Beweglichkeit der Löcher üblicherweise höher
als die der Elektronen. Deshalb beziehen sich die
größten gemessenen Beweglichkeiten meistens auf P-
Kanal-Transistoren. Organische Transistoren werden
üblicherweise in Akkumulation betrieben, Inversion
lässt sich nur in Ausnahmefällen erreichen. Auch die
hier gezeigten Transistoren basieren auf P-Halbleitern
und werden in Akkumulation betrieben.
C. Herstellung
ENTWICKLUNG VON SCHALTUNGEN
AUF BASIS ORGANISCHER ELEKTRONIK
Für die spätere großtechnische Herstellung ist die
Verwendung von industriellen Druckmaschinen geplant,
wie sie z.B. beim Druck von Zeitschriften und
Verpackungen eingesetzt werden. Ausgehend vom
Substrat sollen möglichst alle weiteren Schritte auf der
gleichen In-Line-Maschine erfolgen. Aktuell wird
jedoch im Labor meistens jeder Herstellungsschritt
einzeln durchgeführt, was aufwendiges Positionieren
nötig macht und die erreichbare Genauigkeit reduziert.
Drain und Source werden üblicherweise aufgedampft,
entweder durch eine Schattenmaske, oder
anschließend in einem Lithographieprozess strukturiert.
Halbleiter und Dielektrikum werden meistens per
Spincoating (Rotationsbeschichten) aufgetragen, oder
mit kleineren Druckmaschinen aufgebracht. Im
Spincoating wird die Lösung mit dem aufzutragenden
Material auf das Substrat gegeben, anschließend wird
dieses mit definierter Drehzahl und Dauer geschleudert.
Die resultierende Schicht ist reproduzierbarer
und homogener als aus Druckmaschinen, jedoch kann
das Material nicht strukturiert aufgebracht werden.
Daher ist dieses Verfahren für das Gate meistens ungeeignet,
dieses wird üblicherweise aufgedampft oder
gedruckt.