English

Integrated circuits on flexible and optical transparent substrates provide new applications for so-called low-cost//low-performance electronics. Efficient manufacturing methods (e.g. roll-to-roll printing techniques) enable mass-production of electronic circuits on plastic foils. Therefore, a high economic potential for printable integrated circuits is expected. Prospective applications are RFID transponders or flexible displays, for example. Since inorganic nanoparticles exhibit virtually non-deteriorating electrical properties, particularly charge carrier mobilities, they are suitable for the use as semiconductor material in field-effect transistors.

This thesis deals with the integration of field-effect transistors using silicon (Si) and zinc oxide (ZnO) nanoparticles. Both materials are relatively low-priced and furthermore available in sufficient quantities and of satisfactory purity grades. The nanoparticles can be costeffectively deposited by spin-coating of colloidal dispersions. However, due to the particle morphology and the nanocrystalline structure, transistors generally show multiple parasitic effects. For instance, a decrease of the transistor performance can be observed, which is caused by interface states as well as by trap states. With regard to future manufacturing on temperature-sensitive foil substrates, basic devices were integrated on silicon substrates with a strongly limited thermal budget and characterized afterwards. Along with the integration of thin-film transistors, nanoscaled single particle transistors were fabricated in various lateral device architectures for the first time. Additionally, the electrical contacts to the semiconductor were optimized and hence the transistors showed reasonable on/off ratios, subthreshold slopes and charge carrier mobilities.

In order to make separated gate electrodes available, the gate dielectric was exchanged by an optical transparent polymer, while the most promising integration process was entirely performed on glass substrates. First logic inverters on glass substrates with a gain of 6.0 are demonstrated as basic integrated circuits.

Deutsch

Die Schaltungsintegration auf flexiblen und optisch transparenten Substraten eröffnet neue Anwendungsgebiete für Elektronik mit niedrigen Schaltgeschwindigkeiten bei geringen Herstellungskosten. Durch schnelle Produktionsverfahren, wie z.B. durch Rolle-zu-Rolle-Drucktechniken, können elektronische Schaltungen auf Kunststofffolien in großen Stückzahlen integriert werden, so dass ein hohes wirtschaftliches Marktpotenzial für die druckbare Elektronik erwartet wird. Als zukünftige Anwendungen sind beispielsweise gedruckte RFID-Transponder oder flexible Displays denkbar. Anorganische Nanopartikel sind hierzu als Halbleitermaterial geeignet, da sie alterungsresistente elektrische Eigenschaften, insbesondere hohe Ladungsträgerbeweglichkeiten besitzen.

Diese Arbeit behandelt die Integration von Feldeffekttransistoren mit Nanopartikeln aus Silizium und Zinkoxid. Beide Materialien sind in ausreichender Menge und Reinheit kostengünstig verfügbar und können durch Schleuderbeschichtung aus Dispersionen abgeschieden werden. Aufgrund der Partikelmorphologie und der Nanokristallinität zeigen sich in den Transistoren parasitäre Effekte. So lassen sich z.B. Grenzflächeneffekte und eine hohe Störstellendichte in Nanopartikelschichten beobachten, die jeweils eine Senkung der Transistorschaltgeschwindigkeit verursachen. Im Hinblick auf eine zukünftige Herstellung auf temperaturempfindlichen Foliensubstraten wurden einfache Bauelemente unter stark eingeschränktem thermischem Budget auf Siliziumsubstrat integriert und charakterisiert. Dabei wurden sowohl Dünnfilm- als auch erstmals laterale, nanoskalige Einzelpartikeltransistoren in verschiedenen Architekturen untersucht. Parallel dazu wurde die Kontaktierung des Halbleitermaterials so angepasst, dass die Transistoren ein angemessenes Sperrverhalten und hinreichende Ladungsträgerbeweglichkeiten aufweisen.

Für die aussichtsreichsten Bauelementkonzepte mit Zinkoxid-Nanopartikeln wurde anschließend ein transparentes Polymerdielektrikum eingesetzt und der Integrationsprozess auf ein Glassubstrat übertragen, so dass Transistoren mit frei beschaltbaren Gateelektroden hergestellt werden können. Erste, viel versprechende Grundschaltungen in Form von Invertern, die Verstärkungen bis zu 6,0 aufweisen, wurden abschließend auf Glassubstrat gefertigt.