Organische Halbleiter gelten als vielversprechende Zukunftslösung für miniaturisierte, flexible und auch kostengünstige Elektronik. Aber noch ist wenig über die Eigenschaften solcher Halbleiter bekannt. Jetzt haben Physiker erstmals nachgewiesen, dass die Elektronen in ihnen stark delokalisiert werden können – eine entscheidende Voraussetzung für den effektiven Stromtransport.
Die organische Halbleiterelektronik gilt, im Gegensatz zur konventionellen siliziumbasierten Elektronik, als zukünftiges Entwicklungsfeld für extrem kostengünstige, hocheffiziente und miniaturisierbare Elektronikanwendungen.
Wissenschaftler der International University Bremen (IUB) in der Arbeitsgruppe um Stefan Tautz, Professor of Physics, haben in einem Modellsystem eine starke Delokalisierung gemessen, die darauf schließen lässt, dass auch in organischen Halbleitern die Elektronen sich sehr effektiv wellenartig entlang der Grenzfläche durch das Material bewegen, anstatt langsam von Molekül zu Molekül springen zu müssen.
Die Ergebnisse, die am 16. November 2006 im Wissenschaftsmagazin Nature publiziert wurden, erlauben Rückschlüsse auf grundlegende Mechanismen des Elektronentransportes in organischen Materialien und an ihren Grenzflächen zu metallischen Kontakten. Zudem können sie von großer Bedeutung für die Entwicklung von Hybridmaterialien mit für Anwendungszwecke interessanten elektronischen Eigenschaften sein.
Wechselwirkung an Grenzschicht
Für ihre Experimente präparierten die IUB-Wissenschaftler ein spezielles Modellsystem, bei dem Schichten aus dem organischen Halbleitermaterial PTCDA (3,4,9,10-perylenetetracarboxylicacid- dianhydride) als Molekülgruppen von wenigen Nanometern Durchmesser auf die metallische Trägersubstanz Ag(111) aufgebracht sind. Die Untersuchungen zum Nachweis der Elektronendelokalisierung wurden mit dem Tieftemperatur-Ultrahochvakuum-Rastertunnelmikroskop der IUB durchgeführt, welches die Visualisierung einzelner Moleküle und Molekülgruppen innerhalb der Molekülschichten sowie die spektroskopische Untersuchung der Nanostrukturen des Halbleiters erlaubt.
Ursache für die beobachtete ungewöhnlich starke Elektronendelokalisierung in den untersuchten Schichten ist die komplexe chemische Wechselwirkung zwischen beiden Komponenten des Hybridmaterials, die unter anderem zu einer räumlichen Verformung der organischen Moleküle und zur Ausbildung einer dünnen Grenzschicht mit völlig neuen elektronischen Eigenschaften führt. Die Experimente an der IUB stellen einen eindeutigen Nachweis einer spezifischen chemischen Interaktion zwischen Metall und organischen Molekülen im Halbleiter dar.
"Unsere Erkenntnisse zu Organik-Metall Grenzflächen, wie dem von uns untersuchten Modellsystem, helfen zum einen, grundlegende Mechanismen des molekularen Elektronentransportes zu verstehen. Zum anderen können sie helfen, die elektronischen Prozesse zu optimieren, die nötig sind, um die organische Elektronik auf dem Weg zur Anwendbarkeit entscheidend voranzubringen", so Tautz zu den Ergebnissen seiner Arbeitsgruppe.
(idw – International University Bremen, 17.11.2006 – DLO)
