Leitfähige Koordinationsnetzwerk-Verbindungen für mikroelektronische Anwendungen
| Konsortium: | Dr. Engelbert Redel, Karlsruhe Karlsruher Institut für Technologie Institut für Funktionelle Grenzflächen (IFG) |
| Prof. Gunther Wittstock, Oldenburg Carl von Ossietzky Universität Oldenburg Arbeitsgruppe für Physikalische Chemie (Wittstock) | |
| Projekt: | Leitfähige Koordinationsnetzwerk-Verbindungen für mikroelektronische Anwendungen |
| Zusammenfassung: | Dieses Projekt widmet sich der Entwicklung und Charakterisierung neuer leitfähiger Koordinationsnetzwerkverbindungen (CCNCs) in Form von dünnen Schichten auf leitfähigen Trägermaterialien/Elektroden als Aktivmaterialien in elektronischen Bauelementen. Aktuell bekannte oberflächengebundene metallorganische Gerüstverbindungen auf der Basis von Metallkationen wie z.B. Zn2+ und Cu+/2+ mit Carboxylatliganden weisen keine ausreichende elektrische Leitfähigkeit auf, welche für elektronische Anwendungen notwendig ist. Polykristalline Schichten aus Preußisch Blau (PB) besitzen eine elektronische und ionische Leitfähigkeit. PB-Filme wurden kürzlich als monolithische orientierte Filme durch Flüssigphasen-Epitaxie hergestellt. Dieses Ergebnis bildet den Ausgangspunkt für dieses Projekt, um neue Materialien für elektronische Anwendungen zu entwickeln und zu charakterisieren. Zur funktionellen Charakterisierung werden wir die Dünnschicht-Elektrochemie in Verbindung mit der röntgenangeregten Photoelektronenspektroskopie (XPS) nutzen, um Gerüstbausteine, an denen Valenzwechsel stattfinden, sowie den Anteil der umgesetzten Ionen zu ermitteln. Das Verhalten wird verglichen mit gemessenen Kennlinien in Festkörper-Bauelementen unterstützt durch theoretischen Rechnungen unserer Kooperationspartner. Neuartige kristalline, leitfähige sowie schaltbare CCNCs werden durch die Nutzung von ungesättigten Polynitrilen als pi-Akzeptor-Liganden anstelle der Cyanidionen in dichten PB-Filmen ermöglicht. Polynitrile bilden mit Übergangsmetallkationen poröse sowie leitfähige Netzwerke, welche die Aufnahme von Gastmolekülen gestatten und große Konformationsänderungen nach Redoxübergängen aufweisen können. Zusätzlich lassen sich die Liganden selber reduzieren, was einen neuen Weg zu schaltbarer Leitfähigkeit der resultierenden CCNCs eröffnen kann. Nach einer gründlichen Untersuchung der Präparationsmöglichkeiten, der Charakterisierung sowie der Leitfähigkeit und der Möglichkeiten, die Leitfähigkeit durch partielle Oxidation/Reduktion zu schalten, streben wir den Aufbau eines prototypischen Bauelements wie z.B. eines RRAM (resistive random access memory) oder eines metallorganischen Feldeffekt-Transistors (MOFET) an, dessen Schaltverhalten im Detail in in Zusammenarbeit mit externen Partnern (NIST) charakterisiert und mit der molekularen Struktur der CCNCs korreliert wird. |
| Publikationen: | [1] Z. Wang, D. Nminibapiel, P. Shrestha, J. Liu, K. P. Cheung, W. Guo, P. G. Weidler, H. Baumgart, C. Wöll, E. Redel "Resistive Switching Nanodevices based on Metal-Organic Frameworks" ChemNanoMat 2016, 2, 67-73 DOI: 10.1002/cnma.201500143 |
| [2] J. Liu, W. Zhou, S. Walheim, Z. Wang, P. Lindemann, S. Heissler, P. G. Weidler, C. Wöll, E. Redel "Electrochromic switching of monolithic Prussian blue thin film devices" Opt. Express 2015, 23, 13725-13733 DOI: 10.1364/OE.23.013725 | |
| [3] J. Liu, E. Redel, Z. Wang, V. Oberst, J. Liu, S. Wahlheim, S. Heissler, M. Bruns, H. Gliemann, C. Wöll "Multilayered Hybrid HKUST-1/ITO Photonic Crystal Devices" Chem. Mater. 2015, 27, 1991-1996 DOI: 10.1021/cm503908g | |
| [4] S. Sauter, G. Wittstock "Local Deposition and Characterisation of K2Co[Fe(CN)6] and K2Ni[Fe(CN)6] by Scanning Electrochemical Microscopy" J. Solid State Electrochem. 2001, 5, 205-211 DOI: 10.1007/s100080000137 | |
| [5] S. Sauter, G. Wittstock, R. Szargan "Localisation of electrochemical oxidation processes in nickel and cobalt hexacyanoferrates investigated by analysis of the multiplet patterns in X-ray photoelectron spectra" Phys. Chem. Chem. Phys. 2001, 3, 562-569 DOI: 10.1039/b008430l | |
| [6] P. Hosseini, G. Wittstock, I. Brand, "Infrared spectroelectrochemical analysis of potential dependent changes in cobalt hexacyanoferrate and copper hexacyanoferrate films on gold electrodes" J. Electroanal. Chem. 2018, 812, 199 DOI: 10.1016/j.jelechem.2017.12.029 |