Meileinstein zur Herstellung organischer Halbleiter aus synthetischen Makromolekülen

Elektronische Chips sind heute schon Massenware. Und sie sollen noch preiswerter werden: Die organische Elektronik soll es möglich machen. Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz haben jetzt zusammen mit italienischen Forschern eine Methode entwickelt, um organische Moleküle verarbeiten zu können, die nicht löslich sind und sich auch nicht verdampfen lassen. So ließen sich aus ihnen beispielsweise elektronische Bauteile herstellen. Die Forscher haben große Graphit-Moleküle mit einer speziellen Methode der Massenspektroskopie verdampft und anschließend sanft landen lassen. Dabei ordneten die Teilchen sich in leitfähigen Schichten an.

Computerchips und andere elektronische Bauelemente bestehen heute noch größtenteils aus Silizium - einem anorganischen Halbleiter. Für neue Anwendungen müssen sie aber noch preiswerter werden: Dann könnten sie sich hinter jedem Preisschild verstecken, als Sensoren in unserer Kleidung arbeiten oder als elektronische Wasserzeichen Dokumente sichern. Chips aus organischen Materialien könnten das ermöglichen. Denn auch viele organische Moleküle taugen als Leiter oder Halbleiter. Dabei gilt: Je größer die Teilchen, umso leitfähiger. Große organische Moleküle weisen jedoch eine starre und komplexe Struktur auf, die sie unlöslich macht und die beim Verdampfen zerstört wird. Um aus ihnen Bauelemente produzieren zu können, müssen Moleküle aber im gelösten oder gasförmigen Zustand vorliegen. Wenn Wissenschaftler also die elektrischen Eigenschaften von Molekülen verbessern, erschweren sie sich somit automatisch die Handhabung.

Die Forschungsgruppe von Prof. Klaus Müllen und Dr. Hans Joachim Räder vom Max-Planck-Institut für Polymerforschung hat jetzt eine Methode entwickelt, um extrem große polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe zu verarbeiten. Dazu entwickelten die Mainzer Wissenschaftler zunächst eine modifizierte Methode der Matrix-unterstützten-Laserdesorptions/Ionisations (MALDI) Massenspektrometrie, mit der die unlöslichen Riesenmoleküle schon heute zuverlässig nachgewiesen und charakterisiert werden können. Die MALDI-Massenspektrometrie ermöglicht es, auch große Moleküle unzersetzt als geladene Teilchen in die Gasphase zu überführen. Dabei werden die Moleküle von einer Matrix anderer Teilchen umhüllt, die mit ihnen verdampfen und die überschüssige Energie schlucken, die das Molekül sonst zerstören würde. Die dabei gebildeten Ionen werden anschließend in einem elektrostatischen Feld beschleunigt und in einem Magnetfeld nach ihrem Molekulargewicht aufgetrennt. Das geschieht im Grunde in jedem Massenspektrometer.

Quelle: Max-Planck-Gesellschaft