FONDOLT

Funktionalisierung von Oberflächen durch maßgeschneiderte Nano-Dipole für optimalen Ladungs-Transfer

Grenzflächen im Fokus der Forschung

Organische Leuchtdioden (OLEDs) haben in den letzten fünf Jahren bereits Märkte erobert, insbesondere im Bereich der Smartphone-Displays und OLED-Fernseher. Ähnliche Entwicklungen sind auch für Anwendungen im Feld der Sensorik, Photovoltaik und allgemein der Elektronik zu erwarten. Der Fokus von Forschung und Entwicklung lag in den letzten Jahren auf der Optimierung der Eigenschaften der organischen Schichten, was durch intensive Verbesserung sowohl der organischen Materialien an sich als auch der Herstellungsverfahren erfolgreich umgesetzt wurde. Die Kombination von organischen Halbleitermaterialien mit Elementen der etablierten anorganischen Halbleitertechnik verspricht neuartige Bauelemente und Anwendungsmöglichkeiten, da die spezifischen Vorteile beider Materialklassen auf den Gebieten Effizienz, Herstellungskosten, Umweltverträglichkeit, Stabilität und Flexibilität neuartige Freiheitsgrade und Konzepte erlaubt. Der Übergang von Ladungsträgern zwischen organischen Molekülfilmen und anorganischen Materialien wie Metallen und Halbleitern (z. B. Silizium) ist bisher jedoch relativ wenig erforscht worden, gleichzeitig aber von hohem wissenschaftlichen Interesse, da an der Grenzfläche zwei Festkörper mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften aufeinander treffen.
Ziel des grundlagenorientierten Projekts FONDOLT ist nicht nur die Untersuchung der Charakteristika dieser Grenzflächen, sondern auch die Entwicklung von speziellen Molekülen zu ihrer gezielten Funktionalisierung und somit Kontrolle. Diese Moleküle sollen in einem Produktions-kompatiblen Gasphasenprozess an die Oberflächen andocken. Maßgeschneiderte anorganische Oberflächen sollen somit zu besseren und neuartigen organischen und hybriden Bauelementen führen. Die Herstellung von Demonstrator-Bauelementen ist ein weiterer wichtiger Bestandteil des Projektes FONDOLT, um die Einsatzfähigkeit und die Vorteile der Oberflächenfunktionalisierung zu belegen. Für die Kommerzialisierung der Bauelemente und Komponenten der organischen Elektronik besitzt dies sehr große wirtschaftliche Relevanz.

Modifikation und Kontrolle der Austrittsarbeit

Eine zentrale Kenngröße von Elektroden organischer Halbleiterbauelemente ist die Austrittsarbeit – die Energiebarriere, die überwunden werden muss, um ein Elektron aus der Elektrodenoberfläche ins Vakuum zu befördern. Wir wollen in diesem Projekt einen Baukasten für die präzise Kontrolle der Grenzfläche zwischen den Elektroden und dem organischen Halbleiter entwickeln, um die Austrittsarbeit gezielt einstellen und stabilisieren zu können.
Um dieses Ziel zu erreichen, bedarf es eines tiefer gehenden Verständnisses dieser Materialien sowie der im Betrieb eines organischen Bauelements an der Anorganik/Organik-Grenzfläche ablaufenden Vorgänge. Dazu werden im Verbund speziell entwickelte und synthetisierte selbstorganisierte Moleküle (SADM engl.: self-assembled dipolar molecules) mit permanentem elektrischem Dipol eingesetzt, die starke chemische Bindungen zu den darunter liegenden anorganischen Materialien eingehen. Das technologische Ziel des Projekts vereint somit eine fundamentale wissenschaftliche Fragestellung mit einer technologischen Herausforderung von hoher wirtschaftlicher Relevanz. Bei erfolgreicher Projektbearbeitung werden bisherige Grenzen erweitert und Einschränkungen organischer Bauelemente deutlich verringert. Dadurch eröffnet sich eine Vielzahl neuer Optionen und Freiheitsgrade für neuartige Bauelemente und Systeme.

Für den Themenkomplex der Gasphasenprozesse konnte zudem die Herzogenrather Firma AIXTRON SE, ein führender Hersteller von Beschichtungsanlagen für die Halbleiterfertigung, als Berater für das Projekt gewonnen werden.

Projektdetails

Koordination

Dr.Holger Kalisch
Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen - Fakultät 6 - Elektrotechnik und Informationstechnik - Lehr- und Forschungsgebiet GaN-Bauelementtechnologie
Sommerfeldstr. 24, 52074Aachen
+49 241 80-27761

Projektvolumen

1,6 Mio. € (100% Förderanteil durch das BMBF)

Projektdauer

01.10.2015 - 31.12.2018

Projektpartner

Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen - Fakultät 6 - Elektrotechnik und Informationstechnik - Lehr- und Forschungsgebiet GaN-BauelementtechnologieAachen
Technische Universität Darmstadt - Fachbereich Material- und Geowissenschaften - FG OberflächenforschungDarmstadt