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31-05-2010

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Alternatives Bauelement

Physik Journal - Ein organischer lichtemittierender Transistor erreicht fünf Prozent Quanteneffizienz.

Organische Elektronik gilt als eine der Zukunftstechnologien, weil mit ihr die Herstellungskosten sinken und neue Anwendungen möglich werden. Auf dem Weg in die Kommerzialisierung sind organische LEDs (OLEDs) am weitesten. So gibt es bereits Aktiv-Matrix-OLED-Displays im Markt, also Displays, bei denen jeder Bildpunkt einen Verstärker und Stromversorgungsanschlüsse besitzt. Allerdings sind auch OLEDs mit Nachteilen behaftet: Da bei ihnen der Strom senkrecht durch alle Schichten fließt, kommt es zum „Quenching“ – die rekombinierten Ladungsträger, die Exzitonen, können bei der Wechselwirkung mit freien Elektronen oder Löchern so stark abgeregt werden, dass sie kein Photon mehr erzeugen. Organische lichtemittierende Transistoren (OLETs, elektrolumineszente Dünnschichttransistoren) könnten dieses Problem lösen und hätten noch weitere Vorteile gegenüber OLEDs. Denn sie haben prinzipiell kürzere Schaltzeiten als Dioden und lassen sich wegen ihres planaren Designs einfacher in Mikrochips integrieren. Leider haben die bislang vorgestellten OLET-Labormuster minimale externe Quantenausbeuten von unter einem Prozent.

Wissenschaftlern des Consiglio Nazionale delle Ricerche in Bologna und der US-amerikanischen Firma Polyera ist es nun gemeinsam gelungen, einen OLET mit fünf Prozent externer Quanteneffizienz zu entwickeln. Sie fertigten dazu eine dreilagige Halbleiter-Heterostruktur, durch deren obere und untere Schicht der Strom horizontal fließt. Wandern Löcher beziehungsweise Elektronen in die Mittelschicht, rekombinieren sie dort und erzeugen Photonen. Wegen der getrennten Wege der Ladungsträger treten die Exzitonen sehr viel seltener mit freien Ladungsträgern in Wechselwirkung als bei OLEDs. So bekommen die Wissenschaftler das Quenching in den Griff.

Das Emissionsmaximum des Labormusters liegt bei einer Wellenlänge von rund 600 nm. Der OLET emittiert das Licht entlang einer Linie, nicht durch die Kontakte wie OLEDs, was ebenfalls seiner Quanteneffizienz zugute kommt. Die Wissenschaftler verweisen darauf, dass ihre Entwicklung schon jetzt die doppelte externe Quanteneffizienz einer optimierten OLED besitzt, die mit der gleichen emittierenden Schicht arbeitet.

Ein Problem ist die bislang erforderliche Spannung in der Größenordnung von 30 bis 90 Volt. Die Forscher gehen aber davon aus, dass sich dieser Wert auf eine niedere einstellige Zahl senken lässt, wenn sie Gate-Isolatoren mit hoher Kapazität verwenden. Auch die Helligkeit des OLET ist verbesserungswürdig. Modifikationen in den einzelnen Schichten dürften jedoch deren Leitfähigkeiten erhöhen und damit auch die Intensität des emittierten Lichts.

Michael Vogel

Weitere Infos:

R. Capelli et al., Nature Materials, doi:10.1038/nmat2751

Quelle: Physik Journal, Juni 2010, S. 16