Herstellung von mikrostrukturierten organischen Halbleiterbauelementen durch Laserstrukturierung

Es werden grundlegende Untersuchungen zur Herstellung von organischen Halbleiterbauelementen durch Laserstrukturierung von organischen Halbleitern durchgeführt.  Hierzu wird ein inverses Mikroskop mit einem Femtosekundenlasersystem kombiniert werden, um linear bzw. nichtlinear optisch initiierte Polymerisationsreaktionen sowie Laserablationsprozesse in dünnen organischen Schichten durchzuführen.

 

Abbildung 1: Prinzip der Laserstrukturierung

  

 Bauelemente auf der Basis organischer Halbleiter besitzen ein großes Potential für zahlreiche Anwendungen in der Optoelektronik. Insbesondere die organischen Leuchtdioden befinden sich bereits in einem Stadium der Kommerzialisierung in Form von Hintergrundbeleuchtungseinheiten für Mobilfunk- und andere Displays mit moderaten Informationsdichten. Eine große Herausforderung für eine weitere Etablierung dieser Technologie ist die Strukturierung der organischen Halbleiterschichten. Die technologische Herausforderung besteht hierbei darin, dass die derzeit verwendeten organischen Halbleiter durch die in der Silizium-Mikroelektronik eingesetzten lithographischen Prozesse nicht strukturierbar sind, da beim Auftragen eines Photolackes die Halbleiterschicht selbst wieder vom Träger abgelöst wird.

 Eine Alternative besteht in der Anwendung von Drucktechniken wie dem Tintenstrahl- bzw. dem Siebdruck.

 Beide Verfahren sind potentiell für eine großflächige und kostengünstige Herstellung von strukturierten Bauelementen geeignet, allerdings ist die erreichbare räumliche Auflösung begrenzt.
Die Lasermikrostrukturierung ist ein etabliertes Verfahren in der Beschriftungstechnik und in anderen Bereichen großflächiger optoelektronischer Bauelemente, wie z.B. der Flüssig-kristallbildschirm- und der Solarzellenherstellung. 

 

 

Abbildung 2: Femtosekundenlaser Coherent Mira 900 D

Abbildung 3: Inverses Mikroskop Nikon TE 2000

  

 Erste Ansätze zur Lasermikrostrukturierung von organischen Halbleitern durch Laserablation und Photopolymerisation wurden gezeigt. Eine systematische Untersuchung der Grenzen dieser Methoden und ihrer Auswirkungen auf die entstehenden Bauelemente fehlt.

 Die Mikro- und Nanostrukturierung von Photolacken durch Laserbelichtung hat in den letzten Jahren eine große Bedeutung bei der Herstellung von photonischen Kristallen auf Kunststoffbasis erlangt. Diese überaus elegante und flexible Methode erlaubt insbesondere eine Strukturierung in drei Dimensionen, die bisher nur für dreidimensionale optische Funktionen diskutiert wurde.