Die erstmalige Realisierung eines komplexen, elektronischen Bauelements auf Basis eines zweidimensionalen Materials gelang den Wissenschaftler*innen bereits vor rund zwei Jahren. Der damalige Durchbruch stellte die Forscher*innen allerdings vor neue Herausforderungen. „Die neuen Sensoren und Elektronik-Komponenten, die auf zwei-dimensionalen Materialien wie Graphen basieren, gehen in ihrer Leistungsfähigkeit deutlich über den aktuellen Stand der Technik hinaus, was an den besonderen Eigenschaften dieser Materialien liegt“, erklärt Lehrstuhlinhaber Prof. Dr. Daniel Neumaier.

Wichtiger Schritt Richtung Anwendungsreife

Ein Aspekt, der bei der Forschung oft vernachlässigt werde sei die Bauteilzuverlässigkeit. „Für Anwendungen ist dieser Punkt aber essentiell. Hier gibt es im wesentlichen zwei Aspekte, die man berücksichtigen muss: produktionstechnische Fehler bzw. Schwankungen sowie intrinsische Limitierungen. Den ersten Punkt bekommt man eigentlich recht gut in den Griff, da die Halbleitertechnologie schon sehr weit entwickelt ist und beim zweiten Punkt kann man normalerweise nicht viel machen“, so Prof. Neumaier weiter.

Zuverlässigkeit von Bauteilen erhöhen

An genau diesem Punkt setzen die beteiligten Wissenschaftler*innen von der AMO GmbH, der Bergischen Universität Wuppertal, der RWTH Aachen und der TU Wien nun an. In der aktuellen Veröffentlichung geht es daher konkret um die limitierte Zuverlässigkeit der Bauteile durch intrinsische Effekte, also solche, die durch die verwendeten Materialien selbst verursacht werden. Als ein Hauptproblem konnten die Autor*innen die Verschiebung des Arbeitspunkts, also der erforderlichen Betriebsspannung, des Bauteils unter Belastung bzw. während des Betriebs identifizieren. „Hier konnten wir nicht nur eindeutig die physikalische Ursache erklären, sondern haben auch eine Lösung für das Problem präsentiert: Durch gezielte Manipulation der Ladungsträgerkonzentration kann man diese Arbeitspunktverschiebung deutlich reduzieren und so durch das Bauteildesign das wesentliche Zuverlässigkeitsproblem beheben“, erklärt Prof. Neumaier.

Für ihr Forschungsprojekt erhielten die Wissenschaftler*innen Förderungen von der Europäischen Kommission, vom Bundesministerium für Bildung und Forschung sowie von der Deutschen Forschungsgemeinschaft.

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Kontakt:
Prof. Dr. Daniel Neumaier
Fakultät für Elektrotechnik, Informationstechnik und Medientechnik
E-Mail dneumaier[at]uni-wuppertal.de