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Wissenschaftler steuern die Eigenschaften von Halbleiterbauelementen mit organischen Molekuelen

26.03.2000 - (idw) Weizmann Institut

Wissenschaftler des Weizmann Instituts sind bei der kuenftigen Nutzbarmachung organischer Molekuele fuer die Elektronik einen wichtigen Schritt vorangekommen. In der Ausgabe vom 9. Maerz der Zeitschrift Nature berichten sie, wie sie herkoemmliche Halbleiterbauelemente erstmals durch den Einsatz organischer Molekuele gezielt kontrollieren.

Die Funktionen organischer Molekuele sind so vielseitig, dass ihr Einsatz in der Elektronik zahllose neue Moeglichkeiten erschliessen wuerde. Die Beobachtung der elektrischen Eigenschaften dieser Molekuele wurde jedoch bisher durch Unregelmaessigkeiten in der Struktur der organischen Molekuele selbst behindert.

Die Schichten organischer Molekuele, die in der Halbleiterforschung benutzt werden, enthalten so genannte 'pinholes' - winzige Loecher, die nur schwer aufzuspueren sind, aber die Leitfaehigkeit stark beeinflussen. Wissenschaftler konnten letztlich nicht bestimmen, ob sich ihre Messungen daraus ergaben, dass der Strom durch die organischen Molekuele oder durch ein pinhole floss. Der neue Ansatz jedoch umgeht dieses Problem.

Die Weizmann-Forscher beschlossen, die Molekuele indirekt zu analysieren - indem sie sich auf den Einfluss konzentrierten, den die Molekuele vermutlich auf Halbleiter haben. Mit einer Reihe von Molekuelen, die Prof. Abraham Shanzer von der Abteilung Organische Chemie des Weizmann Instituts synthetisiert hatte, stellte Ayelet Vilan, eine Forschungsstudentin, die mit Prof. David Cahen von der Abteilung Werkstoffe und Grenzflaechen arbeitet, eine ein Molekuel dicke Schicht (Monoschicht) sehr kurzer organischer Molekuele her.

Vilan trug die Monoschicht auf einen herkoemmlichen Halbleiter, GaAs, auf und leitete elektrischen Strom hindurch. Die Monoschicht war so duenn, dass der elektrische Strom groesstenteils durch die Molekuele floss, ohne in eine Wechselwirkung mit ihnen zu treten. Diese Tatsache bedeutete auch, dass es von minimaler Bedeutung war, ob die Elektronen durch ein Molekuel oder ein Pinhole wanderten. (Dabei muss man erwaehnen, dass die organischen Molekuele sich zwar kaum auf den Stromfluss auswirken, die elektrischen Eigenschaften des Halbleiters jedoch erheblich beeinflussen.)

Die Entscheidung, mit Monoschichten organischer Molekuele zu arbeiten, verlangte von Vilan die Entwicklung einer neuen Methode zur Herstellung von Halbleiterbauteilen. Die Technik basiert auf einem weit verbreiteten Bauteil, einer Diode, die aus einem Halbleiter und einem mit ihm verbundenen Metall besteht. Vilan fuegte eine organische Monoschicht zwischen diese beiden Bestandteile. Da die organischen Molekuele zwischen Halbleiter und Metallplatte liegen, war es von groesster Bedeutung, dass die feine Monoschicht nicht unter der Metallplatte zerquetscht wuerde.

Aufbauend auf die Forschungsergebnisse von Ellen Moons, einer frueheren Studentin von Prof. Cahen, modifizierte Vilan eine Methode, die auf anderen Gebieten bei dieser Art Bauteile eingesetzt wird. Als Metallplatte benutzte sie duennes Blattgold, das sie sehr vorsichtig auf die Monoschicht auftrug. Die Monoschicht blieb so intakt.

Die Forscher fanden heraus, dass die Verwendung unterschiedliche Arten organischer Molekuele in einer Monoschicht zu vorhersehbaren, systematischen Veraenderungen der elektrischen Eigenschaften des Bauteils fuehrten. Sie konnten daher nicht nur die Eigenschaften des Halbleiters steuern, sie konnten auch vorhersehen, welche Art der Steuerung sie durch unterschiedliche Arten organischer Molekuele erzeugen wuerden.

'Die Studie stellt erstmals eine umsetzbare Moeglichkeit zur Verwendung organischer Molekuele in elektronischen Bauteilen vor', sagt Vilan. 'Vor allem aber bietet sie neue Erkenntnisse im Forschungsneuland molekularer Elektronik. Wir wissen so wenig ueber die Wechselwirkungen zwischen Molekuelen und den herkoemmlich verwendeten elektrischen Leitstoffen. Dieser Ansatz koennte eine Grundlage fuer die Konstruktion neuartiger Halbleiterbauelemente bilden - von Verbesserungen in relativ einfachen Bauelementen wie Solarzellen bis zu moeglichen neuen Typen von Computerchips.'

Folgendes Bild ist auf Anfrage als Farbbild erhaeltlich

Professor Abraham Shanzer ist Inhaber des Siegfried-und-Irma-Ullman-Lehrstuhls.

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