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Speicher der Zukunft: Flüssige Polymere verbessern Schaltleistung von Transistoren

30.08.2018

Im digitalen Zeitalter fallen riesige Datenmengen an. Umso wichtiger ist es, Speicher zur Verfügung zu stellen, die schnell und effizient damit arbeiten können. Ein Ansatz ist dabei, die Schaltfähigkeit von Transistoren – also elektronischen Halbleiter-Bauelementen – zu verbessern. Wie das anhand von leitfähigen polymeren ionischen Flüssigkeiten gelingen könnte, haben Chemiker und Physiker der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU), des Max-Planck-Instituts für Mikrostrukturphysik (MPI) und der Universität Leipzig untersucht.

Ihre Arbeit ist setzt sich mit dem Bau und der Funktion von Transistoren auseinander. Das sind elektronische Halbleiter-Bauelemente, die meist niedrige Ströme und Spannungen steuern und auch in Speicherelementen zum Einsatz kommen. Bei sogenannten Feldeffekttransistoren lässt sich die Schaltfähigkeit verbessern, indem eine ionische Flüssigkeit als dünne Schicht im Transistor aufgebracht wird. Der Effekt ist bereits seit 1914 bekannt und wurde für organische Salze beschrieben, die bei unter 100 Grad Celsius in einem flüssigen Zustand sind und ionische Eigenschaften besitzen. "Weil diese ionischen Flüssigkeiten jedoch nicht sehr anwendungsnah sind, haben wir polymere ionische Flüssigkeiten mit ähnlichen Eigenschaften entwickelt", sagt Prof. Dr. Wolfgang H. Binder vom Institut für Chemie der MLU, der verantwortlich für die Polymersynthese war.

Die polymeren ionischen Flüssigkeiten gehören zu den vielversprechendsten Materialen in der Elektrochemie. Sie wurden als dünne Schicht im Feldeffekttransistor aufgebracht, der von Stuart Parkin, Humboldt-Professor an der MLU und Direktor des MPI, entwickelt wurde. Anhand von elektrischer Spektroskopie untersuchte Prof. Dr. Friedrich Kremer von Abteilung Molekülphysik der Universität Leipzig die Ladungsgeschwindigkeiten im Transistor. Es zeigte sich, dass der Schaltvorgang mithilfe der dünnen Polymerschicht verbessert wurde und in tiefere Schichten hineinreichte.

Der Vorteil der polymeren ionischen Flüssigkeiten ist, dass sie einfacher aufzubringen und anwendungsnäher sind. Zudem weisen sie eine hohe mechanische Stabilität über viele Größenordnungen hinweg auf, wie in Bezug auf ihre thermoplastischen, plastischen und gummiartigen Eigenschaften. Damit erweitern sie die Verwendungsmöglichkeiten der ionischen Flüssigkeiten erheblich. "Das Ziel ist zukünftig die Entwicklung neuer Transistoren, die mit neuartigen Schaltmechanismen kognitive - also adaptive und merkfähige - Eigenschaften erlangen können", sagt Binder.

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