Transparent elektronikforskning tager fart

Transparent elektronik er fremtiden, ifølge forskere, herunder José A. Flores-Livas og Miglė Graužinytė fra forskningsgruppen ledet af Stefan Goedecker, Professor i beregningsfysik ved universitetet i Basel. Imidlertid, den relevante teknologiske udvikling går trægt på grund af mangel på visse transparente halvledere med høj ledningsevne.

Urenheder til optimering

De elektroniske eller optiske egenskaber af halvledere kan manipuleres og optimeres ved at gøre brug af passende urenheder i materialet. Denne doping med urenheder, for eksempel i transistorer, ændrer ladningsbærerens tæthed, dermed øge ledningsevnen.

Identifikation af passende urenheder i det periodiske system, imidlertid, involverer ofte mange års dyre laboratorieforsøg. Forskere forsøger at fremskynde denne proces ved at bruge computersimuleringer. De bruger disse til at beregne de mest lovende kandidater på basis af fysiske love, der beskriver samspillet mellem urenheden og lederens materiale. Potentielle kandidater kan derefter testes i laboratoriet målrettet.

Mangel på specielle højtydende ledere

Forskere ved universitetet i Basel brugte Piz Daint-supercomputeren til at udføre så komplekse simuleringer med det formål at finde passende urenheder, der kan bruges til at fremstille transparente ledere. Men når det kommer til gennemsigtige ledere, den største mangel er på højtydende ledere kendt som P-Type (positivt ladede bærere), hvor den implanterede urenhed har en elektron for lidt. Omvendt ledere kendt som N-Type (negativt ladede bærere) er doteret med elementer, der har, så at sige, en reserveelektron.

Ifølge forskerne, det blev for nylig fundet, at det miljøvenlige og jordrige tinmonoxid kunne være et meget lovende materiale til fremstilling af gennemsigtige og højtydende P-Type ledere. Det er også velegnet til det, der kaldes ambipolær doping, hvilket er, når både negative og positive ladningsbærere kombineres i bipolære ledere. Imidlertid, indtil nu er der kun undersøgt en håndfuld grundstoffer, der kunne være egnede som urenheder til at udstyre den tinmonoxidbaserede halvleder med de ønskede egenskaber.

Lovende alkalimetaller

Gennem deres beregninger, forskerne identificerede alkalimetaller som fulde af potentiale. De var i stand til at identificere fem alkalimetaller (lithium, natrium, kalium, rubidium og cæsium), der kunne indføres i tinmonoxid for at muliggøre højtydende og gennemsigtige P-type halvledere. Ud over, ifølge forskerne, beregningerne etablerede 13 elementer egnet til doping med N-type ladningsbærere i tinmonoxid. "Hvis disse elementer med succes kan indføres i tinmonoxid, og den ønskede halvleder kan fremstilles, dette vil åbne nye veje for en række gennemsigtige teknologier, " siger Flores-Livas.