Mobiliteit is een belangrijke parameter voor de prestaties van halfgeleiders en heeft betrekking op hoe snel en gemakkelijk elektronen in een stof kunnen bewegen. Onderzoekers hebben nu de hoogste mobiliteit bereikt tussen dunne films van tindioxide die ooit zijn gerapporteerd. Dankzij deze hoge mobiliteit kunnen ingenieurs dunne en zelfs transparante tindioxide-halfgeleiders maken voor gebruik in led-lampen van de volgende generatie, fotovoltaïsche zonnepanelen of aanraakgevoelige weergavetechnologieën.

Tin en zuurstof kunnen op een bepaalde manier worden gecombineerd om tindioxide te worden, een materiaal waarvan een halfgeleider kan worden gemaakt. Halfgeleiders vormen de basis van computerchips, zonnepanelen en meer. Sinds de jaren zestig, tindioxide is gebruikt in industriële toepassingen, waaronder gassensoren en transparante elektroden voor zonne-apparaten. Het materiaal is hiervoor geschikt vanwege de hoge mobiliteit. Voor de meeste toepassingen, hoger is beter. Echter, de hoge mobiliteit van tinoxide was alleen mogelijk in grote bulkkristallen, tot nu.

"We hebben de hoogste mobiliteit aangetoond in een dunne film van tinoxide die ooit is bereikt. Een verbeterde mobiliteit verbetert niet alleen de geleidbaarheid, maar ook de transparantie van het materiaal, " zei Shoichiro Nakao, een onderzoeker van de afdeling Scheikunde aan de Universiteit van Tokio. "Over het algemeen, transparantie en geleidbaarheid kunnen niet naast elkaar bestaan ​​in een materiaal. Typische transparante materialen zoals glas of kunststof zijn isolerend, terwijl geleidende materialen zoals metalen ondoorzichtig zijn. Er zijn maar weinig materialen die transparante geleidbaarheid vertonen - dat is heel interessant!"

Hoe transparanter een halfgeleider is, hoe meer licht het kan doorlaten. Nakao en zijn team hebben een dunne film van tinoxide gemaakt die zichtbaar licht en nabij-infrarood licht doorlaat. Dit is een groot voordeel voor de energieconversie-efficiëntie van fotovoltaïsche zonnepanelen, maar andere toepassingen kunnen zijn verbeterde touchscreen-displays met nog betere nauwkeurigheid en reactievermogen, of efficiëntere led-verlichting.

"Onze productiemethode was de sleutel tot het creëren van een stof met deze eigenschappen. We gebruikten een zeer gerichte laser om pellets van pure tindioxide te verdampen en materiaal precies zo af te zetten of te laten groeien zoals we het wilden, "zei Nakao. "Zo'n proces stelt ons in staat om verschillende groeiomstandigheden te onderzoeken en hoe we aanvullende stoffen kunnen opnemen. Dit betekent dat we tindioxide-halfgeleiders een hoge mobiliteit en nuttige functionaliteit kunnen geven."