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Oxide für die flexible und transparente Elektronik

Funktionelle Dünnschichtoxide sind der Türöffner zu einer Reihe neuer Hochleistungsbauelemente und intelligenter Sensoren, womit eine neue Ära in der Elektronik eingeleitet wird. EU-finanzierte Forscher haben neue Metalloxidmaterialien kreiert und nützliche Modellierungsverfahren geschaffen, welche deren Entwicklung beschleunigen.
Oxide für die flexible und transparente Elektronik
Metalloxidnanopartikel verfügen über elektrische, magnetische und mechanische Eigenschaften, die die Herstellung von transparenten Vorrichtungen durch gerasterte Abscheidung auf flexiblen Substraten bei niedrigen Temperaturen ermöglichen. Als eine der Schlüsseltechnologien für die Elektronik der nächsten Generation erregen sie deshalb starke Aufmerksamkeit.

Um dieses Potenzial vollständig auszuschöpfen, verfolgten die Forscher im Rahmen des Projekts ORAMA (Oxide materials towards a matured post-silicon electronics era) einen ganzheitlichen Ansatz. Mit der Modellierung von Materialeigenschaften unterstützte man die experimentellen Forschungsarbeiten zur Synthese von Oxidmaterialien für energieeffiziente Beleuchtung, Display-Elektronik und chemische Sensorik.

Bei der Materialsynthese konzentrierte man sich auf aktive Halbleiteroxide und passive transparente leitfähige Oxide mit binären, ternären und quaternären Strukturen. Erweiterte Simulationen waren ein perfektes Werkzeug für die Forschenden, um elektronische Bandstrukturen, Dotierungsmechanismen und optische Eigenschaften dieser Materialien zu modellieren.

Die Forscher produzierten außerdem ein heuristisches Modell, um die Dünnschichtmorphologie der mittels Plasmaprozessen abgeschiedenen dünnen Oxidschichten vorherzusagen. Ihnen gelang ein erfolgreich simuliertes Schichtwachstum unter Einsatz des Particle-in-Cell Plasma-Verfahrens.

In Zusammenarbeit entwickelte man drei Prototypen, um vorzuführen, wie neu entwickelte Materialien in speziellen Produkten zum Einsatz kommen können. Dazu zählten eine Lenkradanwendung mit Anzeigen und rekonfigurierbaren Symbolen, eine Multifunktionsverglasung und Gassensoren. Die Forscher setzen bei niedriger Temperatur arbeitende, beschädigungsfreie Abscheidungs- und additive Strukturierungsverfahren ein, um die neuen Materialien in die Bauelementekonzepte zu integrieren.

Beim ersten Prototyp ersetzten die Forscher die traditionellen Schalter, Knöpfe, Regler und Tasten durch Touchscreen-Funktionen. Die neu entwickelten positiv geladenen Materialien zur Überwachung von Gasen niedriger Konzentration bieten die Möglichkeit, diese Sensoren auf flexible Substrate zu drucken. Mit dem Ersatz von Autoscheibenglas durch eine Kunststoffverglasung beim dritten Prototyp konnte das Team einen Kostensenkung und Gewichtsreduzierung erzielen.

Die nun hergestellten innovativen Metalloxid-Dünnschichtmaterialien gestatten die Entwicklung einer neuen Generation transparenter und flexibler Elektronikbauelemente. Da sie keine seltenen Metalle enthalten sowie kostengünstig und umweltfreundlich sind, bestehen in Hinsicht auf Metalloxide vielversprechende Aussichten, dass sie in naher Zukunft das Silizium in elektronischen Bauelementen ersetzen können.

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Schlüsselwörter

flexibel, Elektronik, Dünnschichtoxide, Sensoren, Metalloxid, Silizium
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