Klart fører til fuldt gennemsigtige enheder

Stort område, todimensionelle halvledere forbundet gennem transparente oxidledere producerer højtydende gennemsigtig elektronik.

Gennemsigtige elektroniske enheder, såsom gennemsigtige skærme, smarte vinduer og skjulte kredsløb kræver fuldstændig gennemsigtige komponenter, hvis brugerne skal interagere digitalt med deres opfattede omgivelser og manipulere denne information i realtid. Nu, KAUST-forskere har udtænkt en strategi, der hjælper med at integrere transparente ledende metaloxid-kontakter med todimensionelle (2-D) halvledere i disse enheder.

Ultratynde halvlederplader, der er sammensat af overgangsmetaller forbundet med kalkogenatomer, såsom svovl, selen og tellur, præsenterer exceptionelle elektroniske egenskaber og optisk gennemsigtighed. Imidlertid, til dato, inkorporering af molybdænsulfid (MoS2) monolag i kredsløb har været afhængig af siliciumsubstrater og metalelektroder, såsom guld og aluminium. Uigennemsigtigheden af ​​disse materialer har stoppet forsøg på at udvikle fuldt gennemsigtige 2-D elektroniske enheder.

KAUST-teamet ledet af materialeforskerne Xi-Xiang Zhang og Husam Alshareef har kombineret MoS2 monolag med gennemsigtige kontakter for at generere en række enheder og kredsløb, såsom transistorer, invertere, ensrettere og sensorer. Kontakterne bestod af aluminium-doteret zinkoxid (AZO), et billigt gennemsigtigt og elektrisk ledende materiale, der snart kan erstatte det meget brugte indium-tinoxid. "Vi ønskede at udnytte de fremragende elektroniske egenskaber ved 2-D materialer, samtidig med at fuld gennemsigtighed i kredsløbene bevares, " forklarer Alshareef.

Ifølge Alshareef, forskerne voksede kontakterne over et stort område ved atomlagsaflejring, hvor de enkelte atomlag præcist akkumuleres på et substrat. Deres største vanskelighed var også at danne højkvalitets MoS2 monolag på siliciumbaserede substrater over et stort område. "Vi overvandt dette ved at bruge et grænsefladelag, der fremmer MoS2-vækst, " siger Alshareef.

Holdet udviklede også en vandbaseret overførselsproces, der flytter de aflejrede monolag med stort areal til et andet substrat, såsom glas eller plastik. Forskerne deponerede derefter AZO-kontakterne på de overførte 2-D-ark, før de fremstillede enhederne og kredsløbene.

De resulterende enheder overgik deres ækvivalenter udstyret med uigennemsigtige metalkontakter, såsom port, kilde- og drænelektroder, som demonstrerer den høje kompatibilitet mellem transparente ledende metal-oxid-kontakter og MoS2 monolag. "Transistorerne fremstillet ved storarealprocessen viste den laveste tændspænding af enhver rapporteret MoS2 monolag-baseret tyndfilmstransistor dyrket ved kemisk dampaflejring, " siger ph.d.-studerende Zhenwei Wang, første forfatter til undersøgelsen.

"Yderligere kredsløb er planlagt, som vil hjælpe med at demonstrere, at vores tilgang er robust og skalerbar, " siger Alshareef.