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17.01.2003

10:57 Uhr

Polymerelektronik ermöglicht das Drucken von einfachen Chips auf Folien

Xerox entwickelt leitfähigen Kunststoff

VonRUDI KULZER (HANS SCHÜRMANN)

Forscher in Firmen und Instituten suchen nach Materialien für Kunststoffchips, die eine ausreichend hohe Leitfähigkeit und Stabilität besitzen. Xerox scheint jetzt ein Durchbruch gelungen zu sein.

DÜSSELDORF. Xerox-Forscher Beng Ong und seinem Team scheint ein Durchbruch bei der Entwicklung von preiswerten Materialien für "Plastik-Chips" gelungen zu sein. Der Wissenschaftler des Xerox Research Centre in Kanada (XRCC) stellte auf der Fachkonferenz in Boston ein Halbleiter-Polymer vor, das nicht nur eine - im Vergleich zu anderen Kunststoffen - hohe Leitfähigkeit besitzt, sondern auch gegenüber Sauerstoff, Licht und Wasser stabil ist.

Das von Xerox entwickelte organische Halbleitermaterial ist nach Angaben des Unternehmens ein parallel geschichtetes, flüssiges Kristall aus dem Kunststoff Thiophen. "Wenn die angegebene Elektronenbeweglichkeit von 0,12 Quadratzentimeter pro Voltsekunde tatsächlich erreicht wird und das Material unter normalen Bedingungen stabil ist, dann ist das ein deutlicher Fortschritt auf der Suche nach einem geeigneten Material für die Produktion von Kunststoffchips", bestätigt Karl- Heinz Bock, Leiter der Abteilung "Polytronische Systeme" des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) in München.

Weltweit suchen eine Vielzahl von Firmen - darunter Merck, Bayer, Dow Chemical, Motorola, Hoechst oder IBM - nach geeigneten Materialien für die Herstellung von Polymerchips, mit denen einfache elektronische Schaltungen in großen Stückzahlen kostengünstig hergestellt werden könnten. Bislang bekannte Polymere seien jedoch entweder nicht so leitfähig oder nicht so stabil. Sie müssten daher vor Luft- und Wassereinflüssen geschützt werden. "Geschieht dies nicht, zersetzen sich die Chips nach wenigen Stunden oder Tagen", erläutert der Fraunhofer-Forscher.

Leitende Kunststoffe sind zwar im Vergleich zu Silizium wegen der geringen Ladungsträger-Beweglichkeit - das ist ein Kriterium für die Leitfähigkeit von Kunststoffen - weniger leistungsfähig. "Die Leitfähigkeit der Polymerchips reicht jedoch für einfache Aufgaben wie die Speicherung von Preis und Produktdaten auf einem elektronischen Etikett aus", sagt Armin Wedel, Forscher am Fraunhofer für Angewandte Polymerforschung-Institut in Potsdam.

Das Material, das Xerox jetzt vorgestellt hat, ist allerdings nur eines von drei unterschiedlichen Werkstoffen, die für die Herstellung von Polymerchips benötigt werden. "Die Leistungsfähigkeit der Chips ergibt sich durch das Zusammenspiel dieser Materialien", sagt Polymerforscher Wedel. Um die Bedeutung der Entwicklung abschließend bewerten zu können, benötige man daher weitere Informationen.

Der große Vorteil der Polymerelektronik ist, dass diese Chips mit einfachen und kostengünstigen Verfahren hergestellt werden können. Dagegen sind für die Fertigung von integrierten Schaltungen mit Silizium oder anderen kristallinen Halbleitern viele aufeinander folgende Prozesse mit aufwendigen Geräten erforderlich. Konzentrieren sich die Forscher von Xerox auf die Optimierung der Materialien für die Produktion von Chips von der Rolle, steht bei Halbleiter-Herstellern wie Philips, Siemens, Thompson oder Infineon die Entwicklung von Verfahren für Herstellung elektronischer Bauelemente mit leitenden Kunststoffen im Vordergrund.

Auch in diesem Bereich gibt es laufend Verbesserungen. So hat Infineon beispielsweise in seinem Forschungslabor ein Verfahren entwickelt, mit dem Plastikchips nicht nur kostengünstig, sondern auch umweltverträglich hergestellt werden können. Das Unternehmen setzt dabei auf niedermolekulare Verbindungen, die im Gegensatz zu polymeren Halbleitern nicht mit umweltschädlichen Lösemitteln wie Chlorkohlenwasserstoffen gelöst werden müssen, sondern verdampft und aus der Gasphase auf der Trägerfolie aufgebracht werden können.

Weiterer Vorteil: Die halbleitenden organischen Moleküle weisen im Vergleich zu polymeren Halbleitern eine höhere Leitfähigkeit auf und erreichen eine Ladungsträger-Beweglichkeit von mehr als 1 Quadratzentimeter pro Voltsekunde. Einen Wehrmutstropfen gibt es jedoch: Ähnlich wie viele Polymere sind die niedermolekularen Materialien empfindlich gegenüber Licht, so dass die Chips mit Schutzlack versehen werden müssen, damit sie sich nicht zersetzen.

Infineon hat mit diesem Verfahren im Labor erste Chips auf Rolle produziert. Stolz sind die Erlanger Forscher vor allem darauf, dass ihre Produktionsmethode in den Druckprozess von Lebensmittelverpackungen integriert werden könnte. Doch bis erste Produkte auf dem Markt angeboten werden können, muss die Technik weiter optimiert werden.

Dass die Herstellung von Polymerchips mit Druckverfahren funktioniert und durchaus zur Entwicklung marktfähiger Produkte taugt, zeigen Anwendungen in der Displaytechnik. Bildschirme für MP3-Player oder Handys, die mit leitfähigen Kunststoffen gefertigt wurden, seien schon auf dem Markt, sagt IZM-Forscher Heinz Bock. "Bei den Schaltungen ist man jedoch noch nicht so weit, hier sind viele Anwendungen im Laborstadium", so der Fraunhofer-Experte.

Erste Produkte mit einfachen Chips für die Produktsicherung sollen jedoch noch in diesem oder nächsten Jahr auf den Markt kommen. Bis die komplizierteren Transponder marktreif sind - das sind elektronische Bauteile zur Speicherung von Seriennummern oder Zugangsdaten, die per Funk ausgelesen werden können -, werde es allerdings noch vier, fünf Jahre dauern.

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