MLD

Molecular Layer Deposition für Organische/Anorganische Hybridstrukturen

Wissenschaftliche Vorprojekte – Erkenne die Anfänge: Wer frühzeitig innovative Ideen testet, ist später ganz vorn dabei!

Grundlage technologischer Innovationen sind der Entdecker- und Erfindergeist des Menschen. Die naturwissenschaftliche Grundlagenforschung erschließt der menschlichen Erkenntnis permanent vormals unbekannte und unverstandene Wirkungsweisen der Natur. Viele dieser naturwissenschaftlichen Erkenntnisse lassen sich für technische Zwecke nutzen. Mit der Förderinitiative „Wissenschaftlichen Vorprojekte (WiVoPro)“ innerhalb des Förderprogramms Optische Technologien verfolgt das Bundesministerium für Bildung und Forschung das Ziel, diejenigen neuen Erkenntnisse aufzugreifen, die mittelfristig eine Verwertbarkeit für neue Technologien versprechen. Beispiele hierfür sind die Quantenoptik oder photonische Metamaterialien, die gerade beginnen, der reinen Grundlagenforschung zu entwachsen und Potenziale für konkrete Anwendungen aufzeigen. Neue Ergebnisse der Grundlagenforschung sind hinsichtlich ihres späteren Marktpotenzials oft kaum zu beurteilen. Es besteht somit die Notwendigkeit, durch wissenschaftlich-technische Vorarbeiten eine Grundlage zu schaffen, die eine Bewertung ermöglicht, welches Potenzial in der neuen Erfindung bzw. der neuen wissenschaftlichen Erkenntnis tatsächlich steckt. Oft muss dabei schnell reagiert werden, denn je früher den interessierten Unternehmen die Bedeutung des neuen Themas plausibel gemacht werden kann, desto eher werden diese in das neue Thema investieren und versuchen ihre Marktchancen zu nutzen. Wissenschaftliche Vorprojekte leisten somit einen wichtigen Beitrag zu einem schnellen Transfer neuer wissenschaftlicher Erkenntnisse in innovative Produkte.

Organische Elektronik – Revolution des Alltags

Organische Elektronik eröffnet im Gegensatz zur herkömmlichen Elektronik neue Anwendungsmöglichkeiten. Die Bauteile sind kostengünstig herstellbar und recyclebar, was sie deutlich umweltverträglicher macht als Ihre anorganischen Pendants. Des Weiteren können sie auf flexiblen Substraten gefertigt werden. Organische Solarzellenfolien auf Rucksäcken werden es Reisenden ermöglichen, ihr Handy und ihren I-Pod an jedem Ort der Welt unterwegs aufzuladen. Großflächige organische Leuchtdioden ermöglichen neue Beleuchtungskonzepte. Diese und viele andere Anwendungen der organischen Elektronik werden in naher Zukunft unseren Alltag revolutionieren und in 2019 ein Marktvolumen von 57 Milliarden Dollar erreichen (IDTechEx 2009). Voraussetzung hierfür ist allerdings eine höhere Lebensdauer und Leistungsfähigkeit der organischen Elektronik, was durch eine bessere Kontrolle der Anordnung der Moleküle erreicht werden könnte.

Neues Verfahren zur Herstellung organischer Elektronik

Eines der größten Probleme mit heutigen Bauteilen sind Kurzschlüsse aufgrund von Defekten in dünnen Schichten ebenso wie deutlich verringerte Leitfähigkeiten aufgrund einer schlechten Anordnung der Moleküle untereinander. Ziel dieses wissenschaftlichen Vorprojektes ist es, diese Probleme zu lösen. Dabei sollen die Vorteile der bekannten ‚atomic layer deposition’ (ALD) auf Moleküle übertragen werden. Die Grundidee der neuen ‚molecular layer depostion’ (MLD) Methode besteht darin, die chemischen Eigenschaften von Molekülen so zu nutzen, dass man unterschiedliche Moleküle in einzelnen Schichten nacheinander aufbringen kann. Bei diesem Prozess wird die jeweils neue Schicht über chemische (kovalente) Bindungen mit der vorigen verknüpft. Die chemischen Reaktionen lassen sich so geschickt steuern, dass stets nur genau eine Lage entsteht. Da die jeweiligen Lagen chemisch aneinander gebunden sind, erwartet man eine sehr geringe Defektdichte und hohe Stabilität, auch die genau Beschaffenheit der Oberfläche, sei sie flach, rau oder gekrümmt, spielt hierbei keine Rolle. Insbesondere die geringe Defektdichte prädestiniert diese Methode für die Herstellung von Barriereschichten.

Verwendet man Moleküle mit unterschiedlichen Eigenschaften und Funktionen, also zum Beispiel lochleitende, elektronenleitende oder lumineszente, kann man auf der kleinstmöglichen Skala vollständige opto-elektronische Bauteile herstellen. So zum Beispiel eine Leuchtdiode, die nur drei Moleküllagen, also etwa 5-10 nm, dick ist, wenn man von den elektrischen Kontakten absieht. Insbesondere die Unabhängigkeit des resultierenden Bauteils von der Beschaffenheit des Substrats würde neue Anwendungsmöglichkeiten, wie z.B. kugelförmige organische Leuchtdioden, erlauben, was mit anderen Herstellungsverfahren ausgesprochen schwierig ist. Eine erfolgreiche Erforschung dieser Technologie würde die Herstellung von völlig neuen, nahezu beliebig geformten Leuchten ermöglichen und damit deutschen Unternehmen einen Wettbewerbsvorteil liefern. Ebenso könnte sie für die Entwicklung effizienter Solarzellen und organischer Laser genutzt werden und damit auf lange Sicht neue Produkte und Arbeitsplätze schaffen.

Projektdetails

Koordinator

Prof. Dr.-Ing.Wolfgang Kowalsky
Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig - Fachbereich 8 Elektrotechnik und Informationstechnik - Institut für Hochfrequenztechnik
Schleinitzstr. 22, 38106Braunschweig
+49 531 391-2001

Projektvolumen

0,45 Mio € (100% Förderanteil durch das BMBF)

Projektdauer

01.11.2010 - 31.03.2013

Projektpartner

Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig - Fachbereich 8 Elektrotechnik und Informationstechnik - Institut für HochfrequenztechnikBraunschweig