Polymerschaltkreise mit Kanallängen unter 1 Mikrometer
Neues Verfahren für "Plastik-Transistoren"

Ein neuartiges Verfahren zur Herstellung von "Plastik-Transistoren" mit kleinen Kanallängen nutzt den bekannten und sonst unerwünschten Effekt des Unterätzens aus. Dadurch eröffnet sich die Perspektive zur kostengünstigen Herstellung anwendungsfähiger Schaltkreise

hiz DÜSSELDORF. Gemeinsam haben Forschern der Technischen Universität Ilmenau, dem Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden und dem California Institute of Technology (Caltech) ein neues Verfahren zur Herstellung von „Plastiktransistoren“ entwickelt. Dabei nutzen die Wissenschaftler den sonst eher unerwünschten Effekt des Unterätzens und erreichen so eine Kanallängen von unter einem Mikrometer.

Damit eröffnen sich Perspektiven zur Herstellung anwendungsfähiger All-Polymer-Schaltkreise. Gegenüber der heute üblichen Silizium-Technologie entfallen dabei drei teure Prozesse: Die Herstellung der Silizium-Wafer, die hochauflösende Lithographie, und sämtliche Hochtemperaturprozesse. Alle bekannten Probleme organischer Schaltungen haben die Forscher noch nicht gelöst. So sind der Übergang zu einem dünnen Isolator und die Reduzierung von parasitären Kapazitäten noch zu entwickeln.

Bei dem neuen Verfahren 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 so den Transistor bilden. Neben dem Unterätzprozess werden nur relativ wenige und einfache Prozesse verwendet, die alle in der Mikroelektronik etabliert sind.

Mit diesem Trick lassen sich die Kanallängen von unter einem Mikrometer herstellen. Die so hergestellten Transistoren zeigen, so die begeisterte Aussage der Entwickler, eine hervorragende Funktionstüchtigkeit. Diese Strukturen können auch auf flexiblem Substrat, wie einer Druckerfolie, hergestellt werden.

Mögliche Einsatzbereiche für Schaltkreise aus organischen Materialien sind unter anderem: elektronische Wasserzeichen z.B. auf Geldscheinen, Ansteuerung flexibler organischer Displays, Ersetzen des Barcode durch so genannte Smart-Cards, elektronisch beschreibbares Papier. Allerdings sind kommerziell bisher noch keine Produkte verfügbar.

An der Entwicklung einer Plastik- oder Polymerelektronik wird weltweit intensiv geforscht. Angestrebt werden Lösungen, die wirtschaftlich mit der Silizium-Mikroelektronik nicht möglich sind. Die Schaltkreise sollen zwar nur eine geringere Komplexität aufweisen und nur einige Hundert Transistoren auf einem Chip enthalten. Sie sollen aber flexibel sein und müssen extrem kostengünstig zu produzieren sein. Trotz der geringeren Anforderungen an die Schaltkreise müssen diese aber genügend schnell sein. Dazu müssen die Ladungsträger in dem Polymer eine hohe Beweglichkeit haben und eine hohe Geschwindigkeit erreichen.

Was noch wichtiger ist: der Abstand der Elektroden, zwischen denen der Strom fließt, die so genannte 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, ist für die Polymerelektronik aber viel zu teuer. In vielen Labors wird deswegen an Drucktechniken gearbeitet. Trotz der jüngsten Erfolge auf diesem Gebiet, erreichen die Massendruckverfahren bisher jedoch nicht die erforderlichen geringen Abmessungen.

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