Erster nachhaltiger Transistor aus Holz hergestellt

Der erste Holztranssitor der Welt ist aus erneuerbaren Materialien hergestellt und hat damit einen großes Potenzial für die Zukunft. Forscher in Schweden haben die ersten Holztransistoren entwickelt und getestet.

Teams der Linköping Universität in Norrköping und der Königlichen Technischen Hochschule in Stockholm haben einen Artikel mit dem Titel “Electrical current modulation in wood electrochemical transistors” veröffentlicht, in dem sie die Entstehung, die Fähigkeiten und das Potenzial des von ihnen kürzlich entwickelten elektrochemischen Holztransistors (WECT) beschreiben.

Schaltfrequenz von weniger als 1 Hz

Dieser WECT könnte den Weg für eine nachhaltigere und biologisch abbaubare Elektronik auf Holzbasis ebnen. Außerdem könnte die Holzelektronik die elektronische Steuerung von lebenden Pflanzen ermöglichen.

Fast ständig gibt es Fortschritte bei Intel, Samsung und TSMC, die darum kämpfen, Spitzenprozesse zu entwickeln, bei denen die Transistoren in Nanometern gemessen werden und mit Geschwindigkeiten von mehreren Gigahertz arbeiten. Doch Vorsicht: Der von den schwedischen Forschern entwickelte und getestete WECT hatte einen Durchmesser von 3 cm und eine Schaltfrequenz von weniger als einem Hertz.

Nicht jedes elektronische Gerät braucht die höchsten Geschwindigkeiten und die kleinsten Transistoren. Allerdings ist der beschriebene WECT ziemlich groß und mag es nicht eilig haben. “Wir haben ein noch nie dagewesenes Prinzip entwickelt”, so Isak Engquist, Senior Associate Professor am Laboratory for Organic Electronics der Universität Linköping in einer Pressemitteilung der Universität. “Ja, der Holztransistor ist langsam und sperrig, aber er funktioniert und hat ein enormes Entwicklungspotenzial.”

Wie aus Holz ein Transistor wurde

Um zu beschreiben, wie Holz zur Herstellung eines Transistors verwendet werden kann, sollten wir zunächst einen Blick auf herkömmliche Transistoren werfen, die in elektronischen Geräten weit verbreitet sind. Feldeffekttransistoren sind ein wichtiger Baustein der modernen Elektronik und werden in der Regel aus Halbleitern wie Silizium oder Germanium hergestellt.

Aufgrund der inhärenten Eigenschaften dieser Elemente kann ein Transistor als Verstärker oder Schalter fungieren, wenn eine Spannung oder ein Strom an seine Anschlüsse angelegt wird. Seit die ersten FETs Mitte des 20. Jahrhunderts hergestellt wurden, hat die Forschung und Entwicklung kontinuierlich an ihrer Miniaturisierung gearbeitet und sie dazu gebracht, mit außergewöhnlichen Frequenzen zu arbeiten.

Um den WECT zu entwickeln, benötigten die Forscher leitfähiges Holz (CW). Dieses wird hergestellt, indem das Lignin durch ein chemisches Lösungsmittelverfahren aus dem Holz entfernt wird. Anschließend werden die Kanäle, in denen Lignin vorhanden war, durch ein gemischtes elektronen- und ionenleitendes Polymer ersetzt.

In diesem Projekt wurde Balsaholz (wegen seiner wünschenswerten inneren Kanalstruktur) und das leitfähige Polymer PEDOT:PSS gewählt. Für den Bau des WECT wurden drei Stücke CW verwendet: ein Stück als zentraler Transistorkanal und je eines als oberes und unteres Gate. Die Forscher hoffen, dass der Holztransistor zukünftige Arbeiten und Anwendungen  inspirieren wird.