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Neues Verfahren für Plastik-Transistoren

06.07.2004 - (idw) Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden

Der sonst eher unerwünschte Effekt des Unterätzens wird für ein neues Verfahren zur Herstellung von Plastik-Transistoren genutzt. Unschlagbarer Vorteil: geringe Kanallängen unter 1 Mikrometer


Querschnitt des Transistors mit dem Polymer P3HT als derjenigen Schicht, in der der Strom von dem linken Goldkontakt zum rechten fließt. Unten ist der Schichtaufbau schematisch gezeigt. Ein neuartiges Verfahren zur Herstellung von Polymertransistoren mit kleinen Kanallängen nutzt den bekannten und sonst unerwünschten Effekt des Unterätzens aus. Es wurde gemeinsam von Forschern der Technischen Universität Ilmenau, dem Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW) und dem California Institute of Technology (Caltech) entwickelt.
Dabei wird zunächst eine 50 nm dicke Goldschicht aufgedampft und photolithographisch grob vorstrukturiert. Im anschließenden Ätzprozess wird nun nicht nur das vom Photolack unbedeckte Gold weggeätzt, sondern auch ein sehr schmaler Streifen unterhalb der Ränder des Photolacks. Nach einer weiteren Gold-Beschichtung und anschließendem Entfernen der Photoschicht bleiben schmale Kanäle in der Goldschicht zurück, die nun mit dem leitfähigen Polymer gefüllt werden und den Transistor bilden. Auf diese Weise lassen sich Kanallängen von unter 1 Mikrometer herstellen. Die so hergestellten Transistoren zeigen eine hervorragende Funktionstüchtigkeit. Neben dem Unterätzprozess werden nur relativ wenige und einfache Prozesse verwendet, die in der Mikroelektronik etabliert sind. Die Strukturen können auch auf flexiblem Substrat (Druckerfolie) hergestellt werden.
Es eröffnet sich damit die Perspektive zur Herstellung anwendungsfähiger All-Polymer-Schaltkreise, wobei gegenüber der Silizium- Technologie drei teure Prozesse entfallen: Die Herstellung der Silizium-Wafer, Hochauflösende Lithographie, und sämtliche Hochtemperaturprozesse. Noch zu lösende Problem sind der Übergang zu einem dünnen Isolator und die Reduzierung von parasitären Kapazitäten.

Hintergrund: Plastikelektronik und Kanallänge
An der Entwicklung einer Plastik- oder Polymerelektronik wird weltweit intensiv geforscht. Angestrebt werden Anwendungen, die wirtschaftlich mit der Silizium-Mikroelektronik nicht möglich sind. Die Schaltkreise sollen nur eine geringere Komplexität aufweisen und nur einige Hundert Transistoren auf einem Chip enthalten. Aber sollen flexibel sein und müssen extrem kostengünstig zu produzieren sein. Anwendungsbeispiele sind elektronische Wasserzeichen z.B. auf Geldscheinen, Ansteuerung flexibler organischer Displays, Ersetzen des Barcode durch sogenannte smart cards, elektronisch beschreibbares Papier. Kommerziell sind aber bisher noch keine Produkte verfügbar. Trotz der geringeren Anforderungen an die Schaltkreise müssen diese noch genügend schnell sein, ihre Taktfrequenz muss einen minimalen Wert erreichen. Dazu müssen die Ladungsträger in dem Polymer eine hohe Beweglichkeit haben und eine hohe Geschwindigkeit erreichen. Und was noch wichtiger ist: der Abstand der Elektroden, zwischen denen der Strom fließt, die sogenannte Kanallänge, muss klein sein. Aus der erforderlichen Taktfrequenz und der erreichbaren Beweglichkeit bei einer kostengünstigen Abscheidung der Polymerschicht ergibt sich, dass die Kanallänge kleiner sein muss als ein Mikrometer. Das in der Silizium-Technologie verwendete Lithographieverfahren herstellen, ist für die Polymerelektronik viel zu teuer. In vielen Labors wird deswegen an Drucktechniken gearbeitet. Trotz der jüngsten Erfolge auf diesem Gebiet, erreichen die Massendruckverfahren bisher nicht die erforderlichen geringen Abmessungen.

Weitere Auskünfte

Prof. Dr. Gernot Paasch
g.paasch@ifw-dresden.de
Tel. (0351) 46 59 700
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