Digitale Bauelemente mit Drucktechniken: Projekt 2D Printable

5 Januar 2024

Prof. Dr. Georg Düsberg, Professur für Sensortechnologien und Dr.-Ing. Torsten Sulima, Professur für Nanoelektronische Systeme am Institut für Physik der Fakultät für Elektrische Energiesysteme und Informationstechnik haben mit dem Forschungszentrum SENS das Projekt „2D Printable“ im Rahmen von Horizon Europe bei der Europäischen Kommission eingeworben.

Laufzeit: 01.10.2023 - 30.09.2026
Förderung: HE-CL 4: Digital, Industry and Space – Europäischen Kommission

Ziel von 2D-PRINTABLE ist die Verwendung nachhaltiger Exfolierierungsmethoden in der Flüssigphase zur Herstellung von Dispersionen von über 40 neuen 2D-Materialien (2DMs) sowie die Entwicklung von Druck- und Abscheidungsmethoden zur Herstellung von Netzwerken und Heterostrukturen mit einzigartigen Eigenschaften. Dies soll die Herstellung neuer digitaler Bauelemente mit Drucktechniken ermöglichen.

Um neue hochperformante 2DMs zu identifizieren werden tausende möglicher Schichtkristalle modeliert, darunter Leiter, Halbleiter und Isolatoren. Solche mit herausragenden elektronischen Eigenschaften werden synthetisiert und dann mithilfe verschiedener Flüssigphasenexfoliierungstechniken in 2D-Flocken isoliert und charakterisiert. Chemische Funktionalisierung wird verwendet, um die Eigenschaften von Nanoschichten zu modifizieren und abzustimmen und schließlich eine chemische in-situ-Vernetzung zu erreichen. In der Folge werden in 2D-PRINTABLE eine Reihe von Druck- und Abscheidungsmethoden zur Herstellung von Nanoschichtnetzwerken entwickelt. Dabei werden sowohl physikalische als auch chemische Wege genutzt, um eine starke Kopplung zwischen benachbarten 2D-Flocken zu erreichen, was zu einem guten elektrischen Übergang und damit einer außergewöhnlichen Ladungsträgermobilität führt. Diese Ansätze werden auf verschiedene Schichtkristalle erweitert, um es zu ermöglichen Heterostrukturen mit stark gekoppelte Grenzflächen herzustellen, die eine schnelle und effiziente Ladungsträgerübertragung ermöglichen. Diese Heterostrukturen werden die Grundlage für eine Reihe gedruckter elektronischer Bauelemente wie Transistoren, Solarzellen oder LEDs sein. Aufgrund der überragenden 2DM Eigenschaften, der Qualität der Grenzflächen und der direkten Ladungsübertragung werden eine sehr hohe Perfomance angestrebt. Wir gehen beispielsweise davon aus, gedruckte Transistoren mit einer Gate-Kapazität >0,4 mF/cm², einer Steilheit >0,1 mS/sq und einem Ein/Aus-Verhältnis >1000000 bei einer Mobilität von ~100 cm²/Vs zu produzieren, wobei letzterer Wert 10-100-mal größer ist als der Stand der Technik.

^{Bild: gettyimages/helloabc}