Transparante elektronica heeft de toekomst, volgens onderzoekers, waaronder José A. Flores-Livas en Miglė Graužinytė van de onderzoeksgroep onder leiding van Stefan Goedecker, Hoogleraar Computational Physics aan de Universiteit van Basel. Echter, de relevante technologische ontwikkeling verloopt traag door een tekort aan bepaalde transparante halfgeleiders met een hoge geleidbaarheid.

Onzuiverheden voor optimalisatie

De elektronische of optische eigenschappen van halfgeleiders kunnen worden gemanipuleerd en geoptimaliseerd door gebruik te maken van geschikte onzuiverheden in het materiaal. Deze doping met onzuiverheden, bijvoorbeeld in transistoren, verandert de ladingsdragerdichtheid, waardoor de geleidbaarheid toeneemt.

Het identificeren van geschikte onzuiverheden in het periodiek systeem, echter, gaat vaak gepaard met jaren van dure laboratoriumexperimenten. Onderzoekers proberen dit proces te versnellen door gebruik te maken van computersimulaties. Hiermee berekenen ze de meest kansrijke kandidaten op basis van natuurkundige wetten die de interactie tussen de onzuiverheid en het materiaal van de geleider beschrijven. Potentiële kandidaten kunnen dan gericht getest worden in het laboratorium.

Tekort aan speciale hoogwaardige geleiders

Onderzoekers van de Universiteit van Basel gebruikten de Piz Daint-supercomputer om dergelijke complexe simulaties uit te voeren met als doel geschikte onzuiverheden te vinden die kunnen worden gebruikt om transparante geleiders te produceren. Maar als het gaat om transparante geleiders, het grootste tekort is aan krachtige geleiders bekend als P-Type (positief geladen dragers) waarin de geïmplanteerde onzuiverheid één elektron te weinig heeft. Omgekeerd, geleiders bekend als N-Type (negatief geladen dragers) zijn gedoteerd met elementen die, bij wijze van spreken, een reserve elektron.

Volgens de onderzoekers is onlangs werd ontdekt dat het milieuvriendelijke en aardrijke tinmonoxide een veelbelovend materiaal zou kunnen zijn voor de productie van transparante en hoogwaardige P-type geleiders. Het is ook geschikt voor wat bekend staat als ambipolaire doping, dat is wanneer zowel negatieve als positieve ladingsdragers worden gecombineerd in bipolaire geleiders. Echter, tot nu toe is slechts een handvol elementen onderzocht die geschikt zouden kunnen zijn als onzuiverheden om de op tinmonoxide gebaseerde halfgeleider van de gewenste eigenschappen te voorzien.

Veelbelovende alkalimetalen

Door hun berekeningen, de onderzoekers identificeerden alkalimetalen als vol potentieel. Ze konden vijf alkalimetalen identificeren (lithium, natrium, potassium, rubidium en cesium) die in tinmonoxide kunnen worden geïntroduceerd om hoogwaardige en transparante P-type halfgeleiders mogelijk te maken. In aanvulling, volgens de onderzoekers de berekeningen stelden 13 elementen vast die geschikt zijn voor doping met N-type ladingsdragers in tinmonoxide. "Als deze elementen met succes in tinmonoxide kunnen worden geïntroduceerd en de gewenste halfgeleider kan worden geproduceerd, dit zou nieuwe wegen openen voor een reeks transparante technologieën, " zegt Flores-Livas.