Individuelle Siliziumchips aus Sachsen zur Materialcharakterisierung für gedruckte Elektronik

Werkstoffe 08. 05. 2024
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Substrate für organische Feldeffekttransistoren (OFET) zur Entwicklung von Hightech-Materialien

Wie leistungsfähig sind neue Materialien und führt eine Änderung der Eigenschaften zu einer besseren Leitfähigkeit? Am Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS werden dafür ausgelegte Siliziumsubstrate entwickelt und ­gefertigt. Damit wird nach Mitteilung des Fraunhofer IPMS die grundlegende elektrische Materialcharakterisierung, wie beispielsweise einer neuartigen Graphenemulsion, ermöglicht. Individuelle Designs erlauben die Messung sowohl halb­leitender als auch leitfähiger Materialien.

Organische Halbleiter sind Schlüsselkompo­nenten in der organischen Elektronik und Photovoltaik. Sie werden zur Herstellung flexibler elektronischer Geräte und gedruckter Solarzellen verwenden. Typisch für diese Materialklasse sind ­Niedertemperaturprozesse die großflächige Abscheidung und Strukturierung mit verschiedenen Beschichtungs- und Druckverfahren. Die aktiven Halbleitermaterialien bestimmen maßgeblich die Leistung des gesamten Systems. Deshalb ist eine einfach zu handhabende und zuverlässige elektronische Charakterisierung von Leitfähigkeit, Ladungsträgermobilität, Kontaktwiderstand und On-/Off-Stromverhältnis dieser Halbleiter eine wesentliche Voraussetzung für Material- und Prozessentwickler.

Wie das Fraunhofer IPMS berichtet, entwickelt und fertigt es Siliziumsubstrate mit Einzeltransistorstrukturen in Bottom-Gate-Architektur, die zur Herstellung von organischen Feldeffekttransistoren (OFETs) oder für die Charakterisierung elektrischer Materialkenngrößen von leitfähigen Materialien, zum Beispiel für die organische Photovoltaik, genutzt werden.

Im Bereich von Forschung und Entwicklung sind laut Projektleiter Thomas Stoppe Sub­strate bei internationalen Forschungseinrich­tungen bereits etabliert. Wir möchten nun verstärkt auf kundenspezifische Lösungen setzen und entwickeln die Technologie kontinuierlich weiter, um auch verstärkt die Anforderungen von Industriepartnern bedienen zu können, erläutert Stoppe. Gerade im Bereich der organischen Elektronik existiere ein stark wachsender Markt und unsere Substrate erlauben eine zielgerichtete, einfache und reproduzierbare Messung elektrischer Eigenschaften von Halbleitern und leitenden ­Materialien.

Die Möglichkeiten zur Materialcharakterisierung wurden mit jüngsten Ergebnissen, wie der Untersuchung einer kommerziellen Graphenemulsion, demonstriert. Diese Ergebnisse werden auf der iCampus-Cottbus Conference iCCC2024 im Mai 2024 in Cottbus vorgestellt und anschließend im Fachjournal Journal of Sensors and Sensor Systems veröffentlicht, kündigt das Fraunhofer IPMS an.

OFET-Substrate des Fraunhofer IPMS im Waffle-Pack (© Fraunhofer IPMS)

OFET-Substrate des Fraunhofer IPMS als Wafer (© Fraunhofer IPMS)

 

Vorteile der ­Substrate des Fraunhofer IPMS

Der Zugriff auf die bestehende Mikrosystemtechnologie des Fraunhofer IPMS bietet diverse Vorteile, darunter die hochgenaue und reproduzierbare Herstellung der Chips sowie die flexible Anpassung der Technologie an die individuellen Bedürfnisse der Zielanwendung. So sind unterschiedliche Materialkombinationen und kundenspezifische Anpassungen von Elektrodenstrukturen oder Dielektrikumsdicken möglich. Dies erlaubt nach Angaben des Fraunhofer IPMS hochqualitative Gateoxide mit Schichtdicken von 28 nm bis 320 nm, was in extrem geringen Gate-Leckströmen bis in den unteren pA-Bereich resultiert und so zu hochgenauen Messungen führt. Um Einflüsse des Abscheideprozesses zu untersuchen, sind verschiedene Orientierungen der Transistorstrukturen vorgesehen.

Die Herstellung erfolgt im Reinraum auf Siliziumwafern mit thermischem ­Siliziumdioxid (SiO2). Eine patentierte Indium-Zinn-Oxid (ITO)-Schicht fungiert als Goldhaftschicht, was Zuverlässigkeit, Präzision und Reproduzierbarkeit verbessert und den Einsatz dieser Substrate zur umfänglichen Qualitätssicherung in kleinen und großen Chemieunternehmen ermöglicht.

Text zum Titelbild: Vereinzelte OFET-Substrate des Fraunhofer IPMS (© Fraunhofer IPMS)

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