Stabile Schicht aus Pentacen

  • 08. May 2017

Bestrahlung mit Elektronen vernetzt Molekülebenen zu einer organischen Halbleiter-Haut.

Heutige Computer­prozessoren bestehen aus Milliarden Tran­sistoren. Diese elek­tronischen Bauteile setzen sich in der Regel aus Halbleiter­material, Isolator, Substrat und Elektrode zusammen. Das Ziel vieler Wissen­schaftler ist es, jedes dieser Elemente als frei transpor­tierbare Schicht herstellen zu können. So ließen sich durch einfaches Stapeln neue Tran­sistoren designen. Für das organische Halb­leiter-Material Pentacen ist es jetzt soweit: Bert Nickel, Physiker an der LMU und im Exzellenz­cluster Nano­systems Initiative Munich NIM, und Andrey Turchanin von der Universität Jena konnten zusammen mit ihren Mitar­beitern erstmals eine stabile Schicht aus Pentacen-Mole­külen her­stellen.

Abb.: Dieser Halbleiterfilm aus Pentacen ist mit 50 Nanometer hauchdünn und dennoch höchst stabil. (Bild: S. Noever, LMU)

Abb.: Dieser Halbleiterfilm aus Pentacen ist mit 50 Nanometer hauchdünn und dennoch höchst stabil. (Bild: S. Noever, LMU)

Die Wissen­schaftler überzogen ein Silizium­plättchen dünn mit einem wasser­löslichen Kunststoff und bedampften es mit Pentacen, bis sich eine etwa 50 Nanometer dicke Schicht gebildet hatte. Darauf folgte der ent­scheidende Schritt: Durch Bestrahlung mit nieder­energetischen Elektronen vernetzten sich die obersten drei bis vier Molekül­ebenen der Pentacen-Schicht und bildeten eine Art Haut. Diese war nur rund fünf Nanometer dick, aber sie stabilisierte die gesamte Schicht so gut, dass man diese in Wasser im Ganzen mit einer Pinzette vom Silizium­plättchen abziehen und auf eine andere Oberfläche trans­portieren konnte.

Neben ihrer Transport­fähigkeit hat die neue Halb­leiter-Schicht zahlreiche weitere Vorteile: Zum einen kommt die Methode ohne störende Lösungs­mittel aus. Außerdem legte sich die Schicht so gleich­mäßig und eng auf den Isolator, dass sie alleine über Van-der-Waals-Kräfte haftete und kaum elek­trischer Wider­stand an den Kontakten messbar war. Und nicht zuletzt kann nun Pentacen in seiner neuen Form auf deutlich mehr Substrate aufge­bracht werden als bisher.

Besonders interessant ist für die Wissen­schaftler zudem, dass die hauch­dünne Pentacen-Schicht so stabil war, dass sie Milli­meter große Löcher über­spannen konnte. „In solchen quasi frei­schwebenden Halb­leitern steckt ein großes Potential“, erklärt Nickel. „Sie sind von zwei Seiten zugäng­lich, könnten über einen Elektro­lyten verbunden werden und wären so zum Beispiel ein idealer Biosensor. Denn sobald sich Moleküle oder Zellen auf dem Halb­leiter-Film absetzen, würde sich der Strom­fluss ändern.“ Auch vorstell­bar wäre es, durch Stapelung halbleitende Multi­schichten herzustellen, die in Solar­zellen oder Leucht­dioden verwendet werden.

LMU / JOL

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