Gedruckte Elektronik: EU geht in Führungsposition
Leiterplatten funktionieren mit leitfähigen Tinten, die auf harte Träger gedruckt werden, um auf die Platine gelötete 3D-Bauteile zu verbinden, wodurch elektronische Schaltungen entstehen. Dieses Konzept steht vor einem Entwicklungssprung mit einer neuen Technologie, die schnell den Markt erobern wird. Bei gedruckter Elektronik nutzt man leitfähige und dielektrische Tinten zur Fertigung von Dünnfilmtransistoren (thin-film transistor, TFT), die mit kostengünstigen Hochdurchsatzverfahren auf große flexible Substrate gedruckt werden können. Die Wachstumsraten werden voraussichtlich mit denen der Siliziumindustrie in der Vergangenheit vergleichbar sein. Man prognostiziert bis 2018 ein Marktvolumen von 47 Milliarden USD sowie beeindruckende 300 Milliarden USD bis 2030. In Hinsicht auf das europäische Ziel, die Weltspitze im strategisch wichtigen Sektor der gedruckten Elektronik zu erreichen, finanziert die EU das Projekt POINTS (Printable organic-inorganic transparent semiconductor devices). Die Wissenschaftler zielten auf bahnbrechende Fortschritte bei neuen, bei niedrigen Temperaturen bedruckbaren, Materialien ab. Das Team nutzte mit der Erschaffung von fortgeschrittenen Hybridmaterialien die Verarbeitungsvorteile von organischen Materialien (Polymeren) und die überlegenen Eigenschaften anorganischer Materialien (Metalloxide) aus. Die Leistungsfähigkeit von aus Lösung verarbeiteten organischen Dünnfilmtransistoren hat die der Dünnfilmtransistoren aus amorphem Silizium übertroffen. Anorganische Halbleiter und Isolatoren haben jedoch überlegene Eigenschaften gegenüber den organischen und außerdem sind Metallnanopartikeltinten wesentlich leitfähiger als leitfähige Polymere. Man verwendete polymerverkapselte Nanopartikel auf Metalloxidbasis, um druckbare halbleitende und isolierende Materialien für Dünnfilmtransistoren herzustellen. Insbesondere kam die Lösungsverbrennungssynthese zum Einsatz, um n-Oxidhalbleiter bei niedrigeren Temperaturen herzustellen, als sie für konventionelle Sol-Gel-Prozesse erforderlich sind. Das Verfahren diente gleichermaßen der Fertigung von Dielektrika. Mit den neuen Materialien wurden einfache logische Flip-Flop-Schaltungen, Ringoszillatoren und Treiber für lichtemittierende Dioden (LED) realisiert. Sie wurden in einen interaktiven Kartendemonstrator eingebaut, in dem den Kleinen Bären repräsentierende blinkende Leuchtdioden LEDs vom Nutzer ein- und ausgeschaltet werden. Obgleich die Informations- und Kommunikationstechnologie den Schwerpunkt bildete, können diese Technologien auf einfache Weise Anwendung in anderen Bereichen, etwa bei Anzeigen, Beleuchtung und Photovoltaik, finden. Die Erkenntnisse von POINTS resultierten in zwei Patentanmeldungen und fanden in wissenschaftlichen Zeitschriften und auf Konferenzen weitreichende Verbreitung. Das Team geht davon aus, dass das Projekt eine Katalysatorwirkung auf die gedruckte Elektronik in der EU ausüben und Europa dazu verhelfen wird, die amerikanische und asiatische Konkurrenz auf dem riesigen globalen Markt zu überflügeln. Ein Video über diese Anwendung steht online zur Verfügung.
Schlüsselbegriffe
gedruckte Elektronik, leitende Tinten, elektrisch leitfähige Druckfarben, Dünnfilmtransistoren, Halbleiterbauelemente, Hybridmaterialien
