Organische Elektronik

Organische Elektronik ist ein Teilgebiet der Elektronik, das elektronische Schaltungen aus leitfähigen Polymeren oder kleineren organischen Verbindungen verwendet.

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Polymerelektronik

Je nach chemischem Aufbau können Polymere elektrisch leitende, halbleitende oder isolierende Eigenschaften besitzen. Die Isolationsfähigkeit der „normalen“ Polymere des täglichen Gebrauchs werden schon seit Beginn des 20. Jahrhunderts in der Elektrotechnik, beispielsweise als isolierende Hülle von Kabeln, genutzt. Anfang der 1970er Jahre wurden erstmals auch elektrisch leitfähige und halbleitende Polymere hergestellt und charakterisiert. Für Verdienste auf diesem Gebiet wurde 2000 der Nobelpreis für Chemie an Alan J. Heeger, Alan G. MacDiarmid und Hideki Shirakawa verliehen. Durch den Einsatz dieser neuartigen Materialien für elektronische Anwendungen wurde der Begriff „Polymerelektronik“ geprägt.

Die Polymerelektronik befindet sich derzeit (Stand: 2007) noch weitgehend im Labor- oder Pilotstadium. Die geplanten polytronischen Anwendungen werden in erster Linie den Markt für extrem preiswerte ubiquitäre Elektronik erschließen, welcher von der traditionellen Silizium-basierten Elektronik auf Grund der Kosten für die Aufbau- und Verbindungstechnik nicht erreicht werden kann. Die Herstellungsprozesse für die Polymerelektronik werden daher in Richtung hoher Stückzahlen, äußerst niedriger Herstellkosten und weitgehend frei von Aufbauschritten hin entwickelt. Preiswerte Druckverfahren, Rolle-zu-Rolle-Beschichtungs- und Strukturierungsmethoden bilden für zukünftige Produkte in diesem Bereich eine wichtige Basis ^[1].

Aufbau der Polymere

Das Grundgerüst der elektronischen Polymere sind konjugierte Polymerhauptketten, die aus einer streng alternierenden Abfolge von Einfach- und Doppelbindungen bestehen. Diese Polymere besitzen dadurch ein delokalisiertes Elektronensystem, welches Halbleitereigenschaften, und nach chemischer Dotierung Leitfähigkeit ermöglicht.

Anwendungen

Neben den reinen leitfähigen oder halbleitenden Eigenschaften können diese Materialien auch unter gewissen Umständen Licht aussenden. Dies ermöglicht den Einsatz in organischen Leuchtdioden (OLED). Der umgekehrte Effekt, Licht zu absorbieren und in elektrische Energie zu verwandeln, ermöglicht die Anwendung in organischen Solarzellen (organische Photovoltaik)^[2]. Zudem können diese Polymere als Sensoren oder auch als organische Speicher eingesetzt werden. Mit organischen Feldeffekttransistoren (OFET) können integrierte Schaltungen aufgebaut werden. Auch Anwendungen als elektronisches Papier erscheinen realisierbar.

Prinzipiell eröffnet sich mit der Polymerelektronik das komplette Feld der Elektronik, das bisher im Wesentlichen von Silizium-basierten Bauteilen geprägt ist. Bedingt durch die mit ca. 0,2 cm²/Vs um drei bis vier Größenordnungen niedrigere Beweglichkeit der Ladungsträger als im Silizium, können extrem kurze Schaltzeiten mit OFETs auf absehbare Zeit nicht realisiert werden. Anwendungen, wie beispielsweise leistungsfähige Mikroprozessoren, sind daher zumindest mittelfristig nicht zu erwarten.

Vorteile der Polymerelektronik

Der Hauptvorteil dieser Schaltungen sind die geringeren Herstellungskosten, wodurch sie für sogenannte „Wegwerfelektronik“ (z. B. RFID-Tags auf Wegwerfverpackungen als elektronische Preisschilder) interessant sind. Außerdem besitzen Polymere Eigenschaften, die mit klassischen Halbleitern nicht möglich sind. So lassen sich beispielsweise flexible Folien mit integrierten Schaltungen herstellen.

Kleine Moleküle

Kleine Moleküle (engl.: small molecules) werden derzeit im Wesentlichen für OLEDs eingesetzt (SOLED oder SMOLED). Prinzipiell sind mit speziell aufgebauten einzelnen Molekülen elektronische Funktionen wie beispielsweise Dioden auf dem Molekül realisierbar. Diese Technologie befindet sich jedoch noch in einer sehr frühen Entwicklungsphase und wird dem Gebiet der Nanotechnologie zugerechnet.

Einzelnachweise

1. ↑ Fraunhoferinstitut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration
2. ↑ Informationen von PolyIC