Organische Fototransistoren auf der Überholspur

  • 11. January 2019

Neuer Fototransistortyp erreicht sehr hohe Empfindlichkeit und Responsivität.

Die effiziente Umwandlung von Licht in elektrische Signale ist für die elektronische Bild­gebung, optische Kommunikations­technologien und bio­medizinische Sensorik von zentraler Bedeutung. Forscher des physikalischen Institutes und des Centrums für Nano­technologie (CeNTech) um Harald Fuchs von der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) haben nun in Kooperation mit chinesischen Partnern ein neu­artiges Konzept für molekulare Foto­transistoren entwickelt, um Licht mit bisher unerreichter Effizienz im elektrische Signale umzuwandeln.

Abb.: Schematischer Aufbau des organischen Fototransitors (Bild: D. Ji et al. / Springer Nature)

Abb.: Schematischer Aufbau des organischen Fototransitors (Bild: D. Ji et al. / Springer Nature)

Fototransistoren stellen wichtige Bau­einheiten in der Opto­elektronik dar, um Licht einzufangen und in elektrische Signale umzuwandeln. Speziell für die Entwicklung von biegsamen und falt­baren elektronischen Komponenten sind organische Foto­transistoren (OFT) von besonderem praktischem Interesse. Neben ihrer mechanischen Flexibilität sind sie leicht, preiswert und verhältnis­mäßig einfach groß­flächig her­stellbar. Durch die gezielte Änderung der molekularen Struktur lassen sich die physikalischen Eigen­schaften in weiten Bereichen präzise einstellen.

Die bisher bekannten Entwicklungen organischer OFT lagen mit ihrer Leistungs­fähigkeit stets hinter der von anorganischen oder Hybrid-Systemen. Die Haupt­ursache hierfür liegt in der niedrigen Beweglich­keit der Ladungs­träger in organischen, foto­responsiven Materialien, die die Effizienz des Ladungs­transports und Fähigkeit, Ladungs­träger effizient ein­zufangen, beeinträchtigt.

Der neue Ansatz der Forscher basiert auf der Nutzung von kleinen Molekülen – 2, 6-Diphenyl­anthrazen (DPA) – anstelle von langen Polymer­ketten. Diese Moleküle besitzen eine stark fluoreszierende Anthrazen-Einheit als halb­leitenden Kern und Phenyl­gruppen, welche die Ladungs­träger­mobilität und die opto­elektronischen Eigen­schaften optimieren. Die so hergestellten Foto­transistoren weisen eine hohe Foto­empfindlich­keit, Foto­responsivität und Detektivität auf. „Die erreichten Werte überragen diejenigen aller anderen bekannten OFT und gehören zu den besten aller bisher bekannten Foto­transistoren, in vielen Bereichen sogar denen der anorganischen“, erläutert Deyang Ji, der die neuen Foto­transistoren im physikalischen Institut der WWU her­gestellt hat und Haupt­autor der Veröffentlichung ist.

Saeed Amirjalyer, Gruppenleiter am CeNTech und Co-Autor der Arbeit, ergänzt: „Durch die Kombination der experimentellen Daten mit Simulationen konnten wir die hohen Leistungs­daten der entwickelten Foto­transistoren quantitativ verstehen, was eine gezielte Optimierung ermöglicht.“ Durch die geeignete Wahl organischer Moleküle und physikalischer Grund­lagen­forschung konnte so eine wichtige Brücke zur technologischen Anwendung im Bereich der Sensorik oder Daten­über­tragung geschlagen werden.

WWU / DE

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