Durchbruch in der Polymerelektronik: Aufgedruckte Transistoren aus Kunststoff
Weltweit erstmals gelang dem Institut für Print- und Medientechnik der TU Chemnitz die Herstellung von Kunststoff-Transistoren in einem Massendruckverfahren
Der Weg vom Siliziumkristall zum Computerchip mit unvorstellbar kleinen Leiterbahnen und Transistoren dauert mehrere Wochen und ist teuer. Für einfache, meist kurzlebige und in Massen benötigte Elektronik-Bauteile wie etwa mit Mini-Chips ausgestattete Waren-Etiketten, Gepäckanhänger oder Verpackungen sind jedoch nur günstigere Herstellungsverfahren akzeptabel. Und danach suchen seit Jahren Forscher auf der ganzen Welt. Wissenschaftlern des Institutes für Print- und Medientechnik der TU Chemnitz gelang nun erstmals die Herstellung von Kunststoff-Transistoren - so genannter Polymer-Transistoren - in einem Massendruckverfahren. Für Institutsleiter Prof. Dr. Arved Hübler ist dies endlich ein wesentlicher Durchbruch in der produktionsnahen Grundlagenforschung auf dem Gebiet der Polymerelektronik.
Seit zwei Jahren tüfteln die Chemnitzer Druckexperten an einem polymertauglichen und zugleich möglichst kostengünstigen Druckverfahren. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung förderte das Vorhaben im Projekt "Polymerelektronik Printing" mit etwa 700.000 Euro, in dem die TU Chemnitz mit der Universität Wuppertal und der BTU Cottbus kooperiert. Als Monitoringpartner mit im Boot sind renommierte Firmen wie Siemens in Erlangen, Merck in Darmstadt und MAN-Roland in Augsburg.
Das Ergebnis kann sich sehen lassen: Mit einer Druckgeschwindigkeit von zwei Metern pro Sekunde werden die Transistoren gedruckt - und das ist in der Elektronik zugleich ein neue Dimension der Fertigungsgeschwindigkeit. Millionenfache Auflagen sind dabei kein Problem. Das neue Polymer-Druckverfahren basiert auf speziell entwickelten Drucktechniken: Dabei werden die Kunststoffmoleküle, die entweder leitend, halbleitend oder isolierend sind, in hauchfeinen Schichten mit hoher Präzision übereinander gedruckt. Die Kunststoffe lassen sich ähnlich wie Tinte verarbeiten. Im Vergleich zum klassischen Drucken sind jedoch die Anforderungen an die Genauigkeit sowie an die chemischen Eigenschaften der Druckstoffe wesentlich höher, denn Druckfehler würden sofort zu Funktionsstörungen der gedruckten Transistoren führen.
"Mit einer modernen Hochleistungsdruckmaschine könnte man den Jahresausstoß eines klassischen Chipherstellers in 40 Minuten produzieren", versichert Hübler. Jedoch seien gedruckte Polymerelektronik-Schaltungen wesentlich leistungsschwächer als die modernen Siliziumchips. Derzeit können die Forscher des Chemnitzer Institutes für Print- und Medientechnik mit ihren Labor-Druckmaschinen Strukturen auftragen, die noch rund 1000-mal so grob wie Silizium-Leiterbahnen sind. "Die Entwicklung von Kunststoffschaltungen verläuft deshalb auch nicht in Konkurrenz zur Entwicklung neuer Chips aus Silizium, sondern eröffnet ganz neue Marktchancen ", meint der Chemnitzer Universitätsprofessor.
Eine erste Anwendung der in Chemnitz gedruckten Transistoren können laut Hübler so genannte "RFID-Tags" - also mit Hochfrequenz lesbare Identifikations-Etiketten sein, für deren Herstellung ein Preisziel von unter 1 Cent pro Stück besteht. Diese Etiketten könnten beispielsweise auf Verpackungen aufgedruckt und von intelligenten Kassensystemen ausgewertet werden. Doch bis dies soweit ist, werden auch die Chemnitzer ihr Verfahren optimieren, denn die elektronischen Eigenschaften der Polymer-Transistoren müssen weiter verbessert werden. Allerdings gibt es heute schon einfachere Elektronikanwendungen, für die bereits marktfähige Prototypen im Labor der Chemnitzer Print- und Medientechniker entwickelt werden.
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