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Organische Halbleiter Mechanismen bei der Dotierung organischer Halbleiter geklärt

| Redakteur: Dr. Ilka Ottleben

Forscher der Humboldt-Universität zu Berlin (HU) und des Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) konnten in einer Kooperation erklären, welcher Mechanismus das Dotieren organischer Halbleiter bestimmt. Damit soll es nun gelingen, neue verbesserte Dotier-Moleküle zu entwickeln.

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Schema eines organischen elektronischen Bauteils mit Dotier-Molekülen (braune Einschlüsse) im aktiven Film (grün). Rechts die Vergrößerung eines molekularen Ladungstransfer-Komplexes und eines Hybrid-Orbitals. (Bildquelle: HU Berlin)
Schema eines organischen elektronischen Bauteils mit Dotier-Molekülen (braune Einschlüsse) im aktiven Film (grün). Rechts die Vergrößerung eines molekularen Ladungstransfer-Komplexes und eines Hybrid-Orbitals. (Bildquelle: HU Berlin)

Berlin – Das Dotieren anorganischer Halbleiter stellt die zentrale Grundlage der modernen Elektronik dar. Dabei werden Halbleitermaterialien, wie beispielsweise Silizium, kontrolliert mit Fremdatomen verunreinigt, wodurch sich die Leitfähigkeit präzise einstellen lässt. Seit einigen Jahren wird die sogenannte organische Elektronik als zukunftsweisende Technologie entwickelt. Hier werden organische Moleküle und Polymere als Halbleiter verwendet. Ein Wissenschaftler-Team der Humboldt-Universität zu Berlin (HU) und des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB) konnten nun in einer Kooperation erklären, welcher Mechanismus das Dotieren organischer Halbleiter bestimmt. Damit soll es nun gelingen, neue verbesserte Dotier-Moleküle zu entwickeln.

Zwischenmolekularer Komplex bedarf der Anregung

Bei organischen Halbleitern findet kein direkter Elektronenübertrag mit dem Dotier-Molekul statt. Diese zentrale Erkenntnis haben die Autoren um Ingo Salzmann, Georg Heimel und Kollegen nun experimentell und theoretisch gezeigt. Sie belegen, dass – im Gegensatz zu bisherigen Vermutungen – zunächst ein zwischenmolekularer Komplex entsteht. Erst die Anregung der Komplexe führt zu beweglichen Ladungsträgern, die die Leitfähigkeit erhöhen. Auf Basis dieser Erkenntnisse lässt sich nun voraussagen, welche Eigenschaften die molekularen Bausteine haben sollen, damit sich die Dotiereffizienz für künftige organische Hochleistungselektronik verbessert.

Die Studie wurde mithilfe der am HZB – speziell für organische Halbleiter adaptierten – experimentellen Verfahren der Photoelektronenspektroskopie sowie der Elektronen-paramagnetischen Resonanz (EPR) erstellt.

Originalpublikation: Ingo Salzmann, Georg Heimel, Steffen Duhm, Martin Oehzelt, Patrick Pingel, Benjamin M. George, Alexander Schnegg, Klaus Lips, Ralf-Peter Blum, Antje Vollmer, and Norbert Koch. Intermolecular Hybridization Governs Molecular Electrical Doping. Phys. Rev. Lett. 108, 035502 (2012)

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