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Elektronik aus dem Drucker

Schnelle Feldeffekttransistoren, die schichtweise aus anorganischen Nanomaterialien aufgebaut sind, lassen sich kostengünstig im Druckverfahren produzieren.

Durch den Aufbau des Feldeffekttransistors aus übereinanderliegenden Schichten ist die Breite L des Kanals (Channel) nicht durch die Druckauflösung begrenzt.

Ließen sich elektronische Bauteile einfach auf Papier oder Folie ausdrucken, so könnten zum Beispiel kostengünstig intelligente Verpackungen hergestellt werden. Gedruckte Elektronik ist auch für alle großflächigen Anwendungen attraktiv, wie beispielsweise mit Leuchtdioden versehene Tapeten oder mit Solarzellen bestückte Folien für Fenster und Fassaden.

Stand der Technik

Im Druckverfahren hergestellte Elektronik verwendet momentan meist organische Halbleitermaterialien, die sich jedoch oft im Laufe der Zeit zersetzen. Die Bauteile sind zudem im Allgemeinen noch nicht schnell genug, um sie für anspruchsvolle Anwendungen einsetzen zu können.

Technologie

Wissenschaftler des Instituts für Nanotechnologie (INT) am KIT haben Möglichkeiten gefunden, die Schnelligkeit und Langlebigkeit von gedruckter Elektronik, insbesondere von Feldeffekttransistoren (FET), zu erhöhen. Solche Transistoren, die Kernbausteine vieler integrierter Schaltungen sind, bestehen aus einer Quellelektrode (Source), einer Abflusselektrode (Drain) sowie einer Steuerelektrode (Gate). Source und Drain sind über einen Kanal (Channel) aus einem Halbleiter verbunden. Die Gate-Elektrode, die vom Kanal durch ein nichtleitendes Material (Dielektrikum) getrennt ist, steuert den Strom, der zwischen Source und Drain fließt.

Vorteile

Der am KIT entwickelte Feldeffekttransistor enthält Nanopartikel aus einem anorganischen Halbleitermaterial, die den Kanal bilden. Als Dielektrikum wird ein Elektrolyt verwendet, der beim Auftrag flüssig ist, in die Poren des Kanals eindringt und später zu einem transparenten Feststoff aushärtet. Eine zwischen Source und Gate anliegende Spannung baut ein elektrisches Feld auf, das die Ausbildung elektrischer, dreidimensionaler Doppelschichten an den Oberflächen der Halbleiternanopartikeln bewirkt. Somit sind eine dreidimensionale Steuerung und ein für schnelle Transistoren vorteilhafter, schichtweiser Aufbau möglich. Ein Feldeffekttransistor ist umso schneller, je schmaler der Kanal zwischen Source und Drain ist. Will man das Bauteil im Druckverfahren herstellen, so ist die minimale Breite des Kanals durch die Druckauflösung begrenzt und liegt bei etwa 10 Mikrometern. Bei einem schichtweisen Aufbau jedoch können Schichten mit einer Breite von nur etwa 10 Nanometern übereinander gedruckt werden.

Optionen für Unternehmen

Das KIT sucht Partner, die Interesse haben die Technologie weiterzuentwickeln und in der Praxis anzuwenden.

Ihr Ansprechpartner für dieses Angebot

Dagmar Vössing, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Leitung Technologietransfer, Innovations- und Relationsmanagement (IRM)
Telefon: +49 721 608-25582

E-Mail: dagmar.voessing@kit.edu

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