Elektronische Bauteile sind häufig aus mehreren physikalisch unterschiedlichen Schichten aufgebaut. Transistoren etwa bestehen in Form eines so genannten pnp- oder npn-Transistors aus drei Zonen. Dabei bezeichnet p und n zwei gegensätzliche Materialtypen: Bei n-Typen erfolgt der Ladungstransport durch die negativen Elektronen, bei p-Typen werden hingegen positive Löcher transportiert, das heißt, Stellen, an denen ein Elektron fehlt.

Während durch Dotierung heute vor allem aus Silicium die benötigten Halbleitertypen entstehen, werden die Hersteller elektronischer Bauelement bei künftigen Generationen vermutlich auch verstärkt auf organische Halbleitern setzen. Denn diese Materialien lassen sich wesentlich flexibler und kleiner gestalten als die herkömmlichen Element-Halbleiter.

Allerdings sind zurzeit leider nur relativ wenige organische Halbleiter des n-Typus bekannt. Ein echtes Problem, da auch für die Herstellung organischer Dünnfilmtransistoren dieser Typ benötigt wird. Doch Forscher von der Northwestern University und von den Bell Laboratories haben jetzt eine neue Verbindungsklasse mit interessanten elektronischen Eigenschaften entwickelt, welche die Kunststoff-Elektronik einen Schritt voran bringen könnte.

So ist es Antonio Facchetti und seinen Kollegen nun erstmals gelungen, einen organischen Halbleiter zu entwickeln, der beides sein kann – p-Typ und n-Typ. Das Pfiffige an dem neuen Konzept: Der Typus hängt einzig und allein von der unterschiedlichen Anordnung zweier molekularer Bausteine ab.

Ausgangspunkt ist dabei ein stabförmiges Molekül aus sechs miteinander verknüpften Thiophen-Einheiten – ein Fünfring aus vier Kohlenstoffatomen und einem Schwefelatom, der zwei Doppelbindungen enthält. Zwei der Thiophene ersetzten die Forscher durch zwei Perfluoraren-Bausteine, aromatische Kohlenstoff-Sechsringe, die mit Fluoratomen abgesättigt sind.

Je nachdem, welche Thiophene ersetzt werden – die beiden äußersten, die beiden vorletzten oder die beiden mittleren – entstehen Halbleitermaterialien, die sich deutlich in ihren kristallinen und elektronischen Eigenschaften unterscheiden. Aus den ersten beiden Verbindungen lassen sich dünne Filme mit ausgesprochen guten halbleitenden Eigenschaften herstellen. Erstaunlicherweise ergibt die erste Verbindung einen n- und die zweite einen p-Halbleiter. Die dritte Möglichkeit ist dagegen kein besonders effektiver Halbleiter und hat dementsprechend keine Bedeutung.

"Dieses Ergebnis ist mit den bisherigen Theorien nicht vollständig erklärbar," sagt Marks. "Unsere Verbindungsklasse sollte helfen können, neue fundamentale Erkenntnisse über das Design organischer n-Halbleiter zu gewinnen – unser Team forscht intensiv daran."