Grazer Physiker haben in der Fachzeitschrift „Nano Letters“ wichtige neue Ergebnisse auf dem Gebiet der Halbleitertechnologie vorgestellt: Sie beantworteten in ihrer Studie auf Basis einer quantenmechanischen Simulation grundlegende Fragen zur Änderung von Grenzflächeneigenschaften von Elektrodenmaterialien mit organischen Molekülen.
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Aus den Resultaten der Untersuchung entwickelten die Wissenschaftler eine Strategie, mit deren Hilfe künftig Elektrodeneigenschaften in bisher ungeahnter Weise verändert werden können.
Injektion von Ladungsträgern
Ausschlaggebend für das quantenmechanische Experiment der Forscher der Technischen Universität Graz war folgende Problemstellung aus dem Bereich der Halbleitertechnologie: In den letzten Jahren zeigte sich immer wieder, dass Grenzflächen zwischen den einzelnen Komponenten die entscheidenden Elemente organischer Bauelemente sind. Ein signifikanter Faktor ist dabei die Ladungsträgerinjektion von der Elektrode ins organische Halbleitermaterial.
Diese lässt sich den Forschern um Egbert Zojer, David Egger und Oliver Hofmann vom Institut für Festkörperphysik zufolge zum Beispiel durch die Eingliederung dipolarer – zweipoliger – Zwischenschichten kontrollieren. Dazu hat man in der Vergangenheit entweder Moleküle eingesetzt, die selbst ein Dipolmoment tragen oder mit Hilfe von Ladungstransferprozessen durch die Metallelektrode eine Dipolschicht erzeugt.
Kombination beider Effekte möglich?
Das Potenzial dieser injektionsverbessernden Schichten ließe sich aber nur dann enorm steigern, wenn man die oben genannten Effekte kombinieren könnte. Die neuen Forschungsergebnisse zeigen nun nach Angaben der Wissenschaftler auf Basis quantenmechanischer Simulationen auf, dass die beiden Einflüsse – Ladungstransfer und intrinsischer Dipol – typischerweise nicht additiv sind.
Die Wissenschaftler beschreiben daher Strategien, auf welche Art und Weise man Moleküle idealerweise so gestalten müsste, um beide Effekte zu kombinieren. Damit zeigen die Physiker Wege auf, wie in Zukunft Grenzflächen mit ungeahnten elektronischen Eigenschaften realisieren werden könnten.
Viele Anwendungsmöglichkeiten
Als Anwendungsbereich wäre zum Beispiel eine entscheidende Aufwertung elektronischer und optoelektronischer Bauelemente wie Schaltungen, Displays, Beleuchtungselemente oder Transistoren denkbar.
(idw – Technische Universität Graz, 02.11.2010 – DLO)
