Der Übergang von Silizium- zu organischen Elektronikgeräten
Selbstorganisierende Monoschichten (Self-Assembled Monolayers, SAMs) organischer Moleküle werden intensiv erforscht und die Entwicklung ihrer möglichen Rolle bei der Bildung organischer Elektronik durch Selbstorganisierung ist im Gange. Organische Moleküle bieten eine Diversität und Komplexität, die in der anorganischen Chemie nicht gegeben ist. Außerdem können sie auf flexiblen Substraten realisiert werden und sind mit kostengünstigen Verarbeitungsverfahren kompatibel. Von besonderem Interesse ist dabei die Tatsache, dass sie der Schlüssel zur weiteren Miniaturisierung von Elektronik mit verbesserten Funktionalitäten sein könnten. Dieses Ziel ist mit traditionellen Si-basierten Geräten mit komplementären Metall-Oxid-Halbleitern (Complementary Metal-Oxide Semiconductor, CMOS) innerhalb des nächsten Jahrzehnts offenbar weder technologisch noch wirtschaftlich erreichbar. Um diesen Übergang zu bewältigen, muss neuartige, molekulare Elektronik mit der derzeitigen CMOS-Technologie kompatibel sein. Die Wissenschaftler des EU-finanzierten Projekts 'Towards CMOS-compatible molecular electronics' (TO COME) haben CMOS-kompatible Elektroden aus Metall-Molekül-Metall-Kontakten hergestellt. Der Fokus lag dabei auf der Kompatibilität mit Edelmetallelektroden, die nicht aus Gold bestehen. Goldelektroden kamen in der Molekularelektronik bereits zum Einsatz. Aufgrund der reduzierten Oberflächenmobilität im Vergleich zu Gold und der relativ hohen Verfügbarkeit entschieden sich die Wissenschaftler für Palladium (Pd). Die Forscher entwickelten einen Messaufbau für hochauflösende Rastertunnelmikroskopie (RTM) und Rastertunnelspektroskopie (RTS) in einem lärmfreien Labor, um die molekularen Prozesse und elektrochemischen Parameter in situ untersuchen zu können. Die Ausrüstung wurde zur Charakterisierung mehrerer Ankergruppen eingesetzt, um eine Alternative für Thiole zu finden. Dadurch soll die elektronische Kupplung an der Molekül-Metall-Schnittstelle verbessert werden, um den Stromflusswiderstand zu reduzieren. Das Team entwickelte auch Techniken zur Fabrikation von ultraflachen Pd-Substraten, um SAM-Dünnfilme untersuchen zu können. Mit der neuartigen, kosteneffektiven Methode konnten Metallfolien mit einer Glattheit auf atomarer Ebene produziert werden. Die Forscher untersuchten dann die molekulare Selbstorganisierung und Adsorption mithilfe des STM-Aufbaus, der eine Verfolgung der Bewegung einzelner Moleküle ermöglichte. Es wurden auch molekulare Systeme beobachtet, die teilweise von Substrat entkoppelt wurden. Dies ist für die Herstellung organischer Gates in Dünnfilmtransistoren von hoher Bedeutung. Abschließend stellten die Forscher nanoporöse Geräte her, in denen Moleküle in lithografisch gebildeten Nanoporen gefangen waren, die in die ultraflachen Metallsubstrate geätzt wurden. Die Wissenschaftler von TO COME haben neuartige, ultraflache Metallplattformen entwickelt, welche die SAM-Adsorption für eine große Auswahl von Molekülen erleichtert. Die On-Chip-SAMs stellen einen wichtigen Übergang von den CMOS-Geräten zur organischen oder molekularen Elektronik dar, die aufregende Funktionalitäten bei immer geringerer Größe bieten.