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Wie Plastik durch fremde Moleküle leitfähig wird

Mechanismen bei der Dotierung organischer Halbleiter geklärt

03.02.2012

HU-Berlin

Schema eines organischen elektronischen Bauteils mit Dotier-Molekülen (braune Einschlüsse) im aktiven Film (grün). Rechts die Vergrößerung eines molekularen Ladungstransfer-Komplexes und eines Hybrid-Orbitals.

Das Dotieren anorganischer Halbleiter stellt die zentrale Grundlage der modernen Elektronik dar. Dabei werden Halbleitermaterialien, wie beispielsweise Silizium, kontrolliert mit Fremdatomen verunreinigt, wodurch sich die Leitfähigkeit präzise einstellen lässt. Seit einigen Jahren wird die sogenannte organische Elektronik als zukunftsweisende Technologie entwickelt. Hier werden organische Moleküle und Polymere als Halbleiter verwendet.

Wissenschaftler der Humboldt-Universität zu Berlin (HU) und des Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) konnten nun in einer Kooperation erklären, welcher Mechanismus das Dotieren organischer Halbleiter bestimmt. Damit soll es nun gelingen, neue verbesserte Dotier-Moleküle zu entwickeln.

Bei organischen Halbleitern findet kein direkter Elektronenübertrag mit dem Dotier-Molekul statt. Diese zentrale Erkenntnis haben die Autoren um Ingo Salzmann, Georg Heimel und Kollegen experimentell und theoretisch gezeigt und in der Zeitschrift Physical Review Letters [Phys. Rev. Lett. 108, 035502 (2012)] veröffentlicht. Sie belegen, dass - im Gegensatz zu bisherigen Vermutungen - zunächst ein zwischenmolekularer Komplex entsteht. Erst die Anregung der Komplexe führt zu beweglichen Ladungsträgern, die die Leitfähigkeit erhöhen. Auf Basis dieser Erkenntnisse lässt sich nun voraussagen, welche Eigenschaften die molekularen Bausteine haben sollen, damit sich die Dotiereffizienz für künftige organische Hochleistungselektronik verbessert.

Die Studie wurde mithilfe der am HZB - speziell für organische
Halbleiter adaptierten - experimentellen Verfahren der Photoelektronenspektroskopie sowie der Elektronen-paramagnetischen Resonanz
(EPR) erstellt.

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