Persbericht
Rijksuniversiteit Groningen / nummer 132 / 16 oktober 2008
Europees onderzoeksteam realiseert als eerste 'bottom-up' fabricage van organische geïntegreerde schakelingen
Een multidisciplinair Europees onderzoeksteam bestaande uit wetenschappers van de Rijksuniversiteit Groningen en Philips Research is erin geslaagd geïntegreerde schakelingen te fabriceren door een van een patroon voorzien substraat te dompelen in een oplossing van moleculen organisch halfgeleidermateriaal. Hiermee hebben zij voor het eerst bewezen dat geïntegreerde schakelingen kunnen ontstaan op een substraat door de spontane organisatie van organische moleculen tot dichte monomoleculaire lagen.
De schakeling waarmee het team demonstreert dat de technologie werkt is een 15-bits programmagenerator waarin honderden door zelfassemblage gevormde monolaag-transistoren tegelijk worden aangestuurd. De resultaten van het onderzoek zijn op 16 oktober 2008 gepubliceerd in Nature.
Zelfassemblage
Wetenschappers zijn al ruim een halve eeuw gefascineerd door de elegante wijze waarop de natuur moleculen door zelfassemblage combineert tot complexe structuren. Biologen en scheikundigen zijn erin geslaagd deze processen na te bootsen om kunstmatige macromoleculen te fabriceren, vooral in de farmaceutische en kunststofindustrie. Binnen de elektronica werd echter weinig vooruitgang geboekt. De vervaardiging van één transistor met een zelfgeassembleerde monolaag van actief halfgeleidermateriaal werd al gezien als een enorme uitdaging, laat staan het integreren van meerdere transistoren in een werkende schakeling. Het Europese onderzoeksteam heeft nu laten zien dat zelfassemblage mogelijk is en gebruikt kan worden om organische IC's te creëren.
'Bottom-up' fabricage
Om dit resultaat te bereiken, heeft het team een 'bottom-up' werkwijze gehanteerd. Hiervoor werden vloeibaar-kristal organische halfgeleidermoleculen ontworpen waarvan één uiteinde een verankeringsgroep heeft die zich op enige afstand van het hoofdmolecuul bevindt. Wanneer een op de juiste wijze geprepareerd substraat wordt gedompeld in een oplossing van deze moleculen, zorgen de verankeringsgroepen ervoor dat ze zich organiseren tot een monolaag op het oppervlak van het substraat. Om deze laag de gewenste halfgeleidereigenschappen te geven, moet de dichtheid en volgorde van de zelfgeassembleerde moleculen op het substraat aan zeer specifieke voorwaarden voldoen. Het team is erin geslaagd hiervoor de juiste oplossingen te vinden.
Prestaties
Om de transistors te kunnen vormen, wordt het substraat voorzien van een patroon van elektroden en zodanig voorbehandeld dat de monolaag zich vormt op specifieke plaatsen. De aldus vervaardigde transistoren kunnen zich qua prestaties meten met de modernste organische transistoren. Bovendien is de parameterspreiding tussen de transistoren verwaarloosbaar, waardoor ze gecombineerd kunnen worden tot geïntegreerde schakelingen van meer dan 300 zelfgeassembleerde transistoren. Het team demonstreert deze functionaliteit met een 15-bits programmagenerator bestaande uit een klokschakeling en een geheugenmatrix die voorgeprogrammeerde coderegels produceert.
De ultieme productietechnologie
Zelfassemblage wordt gezien als de ultieme productietechnologie voor organische IC's omdat het veel van de processtappen die deel uitmaken van de conventionele fabricage van organische transistoren overbodig maakt. Verwacht mag worden dat de technologie toepassingen zal vinden in de productie van organische geïntegreerde schakelingen voor contactloze identificatielabels en drivers voor buigzame actieve-matrix schermen. Het team gaat zich nu richten op monolaagtransistoren voor gebruik in snel reagerende gassensoren, omdat de slechts één molecuul dikke halfgeleiderlaag zeer gevoelig is voor de aanwezigheid van bepaalde gassen.
Rijksuniversiteit Groningen