Gennemsigtige kredsløb:Nyt og billigt alternativ til gennemsigtig elektronik

Højtydende elektroniske kredsløb fremstillet udelukkende af gennemsigtige materialer kan have utallige anvendelser, fra head-up displays på bilruder til gennemsigtige tv-apparater og smarte vinduer i hjem og kontorer. Forskere ved KAUST har fundet en måde at fremstille gennemsigtige transistorer og andre væsentlige komponenter i elektroniske kredsløb ved hjælp af billige og let tilgængelige materialer og en simpel fremstillingsteknik1.

Indiumtinoxid (ITO) er det aktuelle materiale, der vælges til elektronik, fordi det kombinerer optisk gennemsigtighed med elektrisk ledningsevne. Dens brug spænder fra berøringsfølsomme smartphone-skærme til lys-høstende solpaneler. Indium er en mangelvare, imidlertid, og efterhånden som efterspørgslen stiger efter ITO-holdige enheder, det samme gør prisen på indium.

Et lovende lavpris ITO-alternativ er et gennemsigtigt materiale kendt som aluminium-doteret zinkoxid (AZO).

"De grundstoffer, der udgør dette materiale, er mere rigelige end indium, gør AZO til en kommercielt fornuftig løsning, " sagde professor Husam Alshareef fra KAUST Physical Science and Engineering Division, som også ledede forskningen. "Men, elektroniske enheder fremstillet ved hjælp af AZO har traditionelt vist ringere ydeevne end enheder fremstillet ved hjælp af ITO."

For at overvinde denne begrænsning, Alshareef og hans forskerhold brugte en højpræcisionsteknologi kaldet atomlagsaflejring, en proces, hvor kredsløbet er opbygget et enkelt lag af atomer ad gangen. Flygtige dampe af aluminium og zink i form af trimethylaluminium og diethylzink blev skiftevis indført på det transparente substrat, hvor de klæber til overfladen i et enkelt lag, før de reagerer in situ for at danne AZO.

"Brug af atomlagsaflejring til at dyrke alle aktive lag forenkler kredsløbsfremstillingsprocessen og forbedrer kredsløbets ydeevne betydeligt ved at kontrollere lagvækst på atomær skala, " forklarede Alshareef.

For mange elektroniske enheder, nøglekomponenten er tyndfilmstransistoren. Når det kombineres i stort antal, disse enheder gør det muligt for computere at foretage beregninger, drevet viser og fungerer som aktive sensorer. Alshareef brugte et gennemsigtigt materiale kaldet hafniumoxid, der var klemt mellem lag af zinkoxid for at danne de meget stabile transistorer, der blev brugt til at fremstille de gennemsigtige kredsløb.

"Vores transistoregenskaber er de hidtil bedst rapporterede for fuldt gennemsigtige transistorer, der bruger AZO-kontakter, " sagde ph.d.-studerende Zhenwei Wang, som udførte meget af det eksperimentelle arbejde.

En anden fordel ved Alshareefs tilgang er, at atomlagsaflejring kun kræver en temperatur på 160 grader Celsius for at danne hvert lag, hvilket er lavt nok til, at det transparente kredsløb kan dannes på fleksible plastsubstrater såvel som på stift glas.