Einsatz starker Donor- und Akzeptormoleküle zur Verbesserung der Empfindlichkeit und Spezifität chemischer Sensoren aus organischen Dünnschichttransistoren
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Organische Elektronik hat das Potential, aufgrund ihrer niedrigen Material- und Herstellungskosten, sowie durch geringes Gewicht und mechanische Flexibilität neue Einsatzfelder im alltäglichen Leben zu erschließen. Insbesondere organische Transistoren können zukünftig eine wichtige Rolle spielen, beispielsweise als Sensoren zur Überwachung von Umweltbedingungen in Räumen oder Lebensfunktionen chronisch kranker Menschen. Dabei entscheidet die Empfindlichkeit der Sensoren wesentlich mit darüber, ob und wie sie in den verschiedenen Bereichen eingesetzt werden können. Daher ist es wichtig zu verstehen, wie die Empfindlichkeit von Sensoren optimiert bzw. gezielt eingestellt werden kann. In diesem Projekt wurde untersucht, wie der Aufbau, die Materialwahl sowie Betriebsparameter von organischen Transistoren deren Empfindlichkeit auf äußeren Druck beeinflusst. Die Empfindlichkeit konnte dadurch um ein zehnfaches gesteigert werden. Erstaunlicherweise wurde dies unter anderem durch den Einsatz eines Polymerdünnschichthalbleiters anstelle eines organischen Einkristalls erreicht, obwohl der Erfahrung nach Einkristalle aufgrund ihrer höheren Ladungstraegerbeweglichkeit und geringeren Zahl an Fallenzuständen bessere Transitoreigenschaften besitzen. Bei genauerer Untersuchung stellte sich heraus, dass dies damit erklärt werden kann, dass ein Betrieb im Subthresholdbereich des Transistors, welcher für Polymere stärker ausgeprägt ist, zu höheren Empfindlichkeiten führen kann. Diese Erkenntnis lässt sich auch auf andere Sensoren übertragen, welche auf organischen Transistoren basieren, beispielsweise Temperatur- oder chemische Sensoren. Als Demonstration der Vorteile dieses Sensorkonzeptes in der Anwendung wurde ein Prototyp eines Pulswellenmessgerätes für das Handgelenk entwickelt. Die gemessenen Pulswellendaten erwiesen sich in ihrer Qualität und Genauigkeit als sehr gut geeignet für Diagnosen des kardiovaskulären Systems. Da dieser Prototyp überdies sehr leicht und flexibel ist, könnte dies in Zukunft zu einer weiteren Verbreitung von solchen Sensoren im Bereich der mobilen Lebensfunktionsüberwachung führen. Dies stieß auch über den Fachbereich hinaus bei Medizinern und in den Publikumsmedien auf großes Interesse. Ein erster Medienbericht, sowie ein begleitendes Video können unter diesen Links abgerufen werden: http://news.stanford.edu/pr/2013/pr-skin-heart-monitor-051413.html http://www.youtube.com/watch?v=dV11TUcdrgY
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Nat. Commun. 4, 1859 (2013)
G. Schwartz, B. C.-K. Tee, J. Mei, A. L. Appleton, D. Kim, H. Wang & Z. Bao
