Organische Halbleiter charakterisieren Messadapter verkürzt Entwicklungszyklen um den Faktor acht

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Forscher des Fraunhofer IPMS haben einen Messadapter entwickelt, mit dem sich bis zu acht Interdigitalelektrodenpaare gleichzeitig kontaktieren lassen. Dadurch werden Entwicklungszeiten verkürzt und kritische Engpässe eliminiert.

Die organische Elektronik boomt: Der Weltmarkt wird 2026 auf 145,3 Mrd US-Dollar geschätzt, angetrieben von OLED-Displays (48,76 Mrd. US-Dollar Umsatz) und organischer Photovoltaik (21,99 % CAGR). Doch trotz 20 bis 23 % jährlichen Wachstums kämpft die Industrie mit einem kritischen Problem: langwierige Materialcharakterisierung bremst die Entwicklung aus.

Das Fraunhofer IPMS löst diesen Engpass mit einem Messadapter, der acht Interdigitalelektrodenpaare parallel kontaktiert. Damit sollen sich Entwicklungszeiten um den Faktor acht verkürzt.

Bisher mühsame Einzelmessungen

Bisher bedeutete die Optimierung organischer Materialien mühsame Einzelmessungen: Jedes Elektrodenpaar musste separat kontaktiert, vermessen und ausgewertet werden. Bei der Entwicklung neuer OLED-Materialien oder organischer Transistoren summierte sich dies zu monatelangen Testzyklen.

Durchbruch nach jahrelanger Entwicklung

Projektleiter Henry Niemann erklärt den Entwicklungsprozess: „Die Chips wurden kontinuierlich weiterentwickelt, etwa durch neue Elektrodengeometrien, unterschiedliche Elektrodenmaterialien sowie Anpassungen von Gateoxidmaterial und -dicke.“ Mit dem neuen Messadapter schließt das Fraunhofer IPMS nun die letzte Lücke in der effizienten Charakterisierung.

Die parallele Charakterisierung bietet entscheidende Geschäftsvorteile: Durch achtfach schnellere Materialcharakterisierung verkürzt sich die Time-to-Market erheblich, während sich Entwickler auf Optimierung statt repetitive Tests konzentrieren können. Gleichzeitig erhöhen acht parallele Messpunkte die Datenqualität und reduzieren Ausschuss, was bei weniger Laborzeit zu höherem Durchsatz und damit geringeren F&E-Kosten führt.

Gruppenleiter Alexander Graf bringt den Kernnutzen auf den Punkt: „Unsere maßgeschneiderten Chips ermöglichen es Materialforschern, zentrale Kenngrößen wie Leitfähigkeit, Feldeffekt, Kontaktwiderstand und Ladungsträgerbeweglichkeit präzise zu messen und gezielt zu optimieren.“

Der Referenz-Chip AX1580 mit den Maßen 15 mm x 15 mm integriert acht Gold-Interdigitalelektrodenpaare mit Kanallängen von 2,5 bis 20 µm. Das 230 nm dicke SiO₂-Gateoxid ermöglicht die Chip-Nutzung als Gateelektrode.

Strategische Anwendungsfelder

Die Technologie zielt auf die Kernbereiche organischer Elektronik ab: Materialien für organische Leuchtdioden (OLEDs), organische Solarzellen, organische Feldeffekttransistoren (OFET) sowie metalloxidbasierte Gassensoren. Konkret profitieren OLED-Display-Entwickler bei der Optimierung von Transportschichten und Emittermaterialien für Smartphones und TVs, während Hersteller organischer Photovoltaik flexible Solarzellen für IoT und Wearables effizienter entwickeln können. Auch die flexible Elektronik mit OFETs für biegbare Displays und E-Paper sowie Industrie 4.0-Anwendungen mit organischen Gassensoren für Smart Manufacturing werden von der beschleunigten Charakterisierung profitieren.

Um diese Leistungsfähigkeit gezielt an unterschiedliche Anwendungen anzupassen, arbeitete das Fraunhofer IPMS in den vergangenen Jahren eng mit Partnern und Auftraggebern zusammen. (heh)

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