Hoogwaardige elektronische schakelingen die volledig van transparante materialen zijn gemaakt, kunnen talloze toepassingen hebben, van head-up displays op autoruiten tot transparante tv's en smart windows in woningen en kantoren. Onderzoekers van KAUST hebben een manier gevonden om transparante transistors en andere essentiële componenten van elektronische schakelingen te maken met behulp van goedkope en gemakkelijk verkrijgbare materialen en een eenvoudige fabricagetechniek1.

Indiumtinoxide (ITO) is momenteel het materiaal bij uitstek voor elektronica omdat het optische transparantie combineert met elektrische geleidbaarheid. Het gebruik varieert van aanraakgevoelige smartphoneschermen tot zonnepanelen die licht oogsten. Indium is schaars, echter, en naarmate de vraag naar ITO-bevattende apparaten toeneemt, net als de prijs van indium.

Een veelbelovend goedkoop ITO-alternatief is een transparant materiaal dat bekend staat als met aluminium gedoteerd zinkoxide (AZO).

"De elementen waaruit dit materiaal bestaat, zijn overvloediger dan indium, waardoor AZO een commercieel verstandige optie wordt, " zei professor Husam Alshareef van de KAUST Physical Science and Engineering Division, die ook het onderzoek leidde. "Echter, elektronische apparaten die met AZO zijn gemaakt, hebben traditioneel inferieure prestaties laten zien dan apparaten die met ITO zijn gemaakt."

Om deze beperking te overwinnen, Alshareef en zijn onderzoeksteam gebruikten een zeer nauwkeurige technologie genaamd atoomlaagafzetting, een proces waarbij het circuit wordt opgebouwd uit een enkele laag atomen tegelijk. Vluchtige dampen van aluminium en zink in de vorm van trimethylaluminium en diethylzink werden afwisselend op het transparante substraat gebracht, waar ze zich in een enkele laag aan het oppervlak hechten voordat ze in situ reageren om AZO te vormen.

"Het gebruik van atomaire laagafzetting om alle actieve lagen te laten groeien, vereenvoudigt het fabricageproces van de circuits en verbetert de circuitprestaties aanzienlijk door de laaggroei op atomaire schaal te beheersen, " legde Alshareef uit.

Voor veel elektronische apparaten het belangrijkste onderdeel is de dunne-filmtransistor. Wanneer gecombineerd in grote aantallen, met deze apparaten kunnen computers berekeningen maken, drive displays en fungeren als actieve sensoren. Alshareef gebruikte een transparant materiaal genaamd hafniumoxide dat tussen lagen zinkoxide was ingeklemd om de zeer stabiele transistors te vormen die werden gebruikt om de transparante circuits te fabriceren.

"Onze transistoreigenschappen zijn tot nu toe de beste gerapporteerd voor volledig transparante transistors die AZO-contacten gebruiken, " zei promovendus Zhenwei Wang, die veel van het experimentele werk uitvoerde.

Een ander voordeel van de benadering van Alshareef is dat de afzetting van een atomaire laag slechts een temperatuur van 160 graden Celsius vereist om elke laag te vormen. die laag genoeg is om de transparante schakelingen te vormen op flexibele plastic substraten en op stijf glas.