Groot gebied, tweedimensionale halfgeleiders bedraad door transparante oxidegeleiders produceren hoogwaardige doorzichtige elektronica.

Doorzichtige elektronische apparaten, zoals transparante displays, slimme ramen en verborgen circuits vereisen volledig doorschijnende componenten als gebruikers digitaal willen communiceren met hun waargenomen omgeving en deze informatie in realtime willen manipuleren. Nutsvoorzieningen, KAUST-onderzoekers hebben een strategie bedacht die helpt om transparant geleidende metaaloxide-contacten met tweedimensionale (2-D) halfgeleiders in deze apparaten te integreren.

Ultradunne halfgeleiderplaten die zijn samengesteld uit overgangsmetalen geassocieerd met chalcogeenatomen, zoals zwavel, selenium en tellurium, presenteren uitzonderlijke elektronische eigenschappen en optische transparantie. Echter, daten, het opnemen van molybdeensulfide (MoS2) monolagen in circuits was gebaseerd op siliciumsubstraten en metalen elektroden, zoals goud en aluminium. De ondoorzichtigheid van deze materialen heeft pogingen om volledig transparante 2D elektronische apparaten te ontwikkelen tot stilstand gebracht.

Het KAUST-team onder leiding van materiaalwetenschappers Xi-Xiang Zhang en Husam Alshareef heeft MoS2-monolagen gecombineerd met transparante contacten om een ​​reeks apparaten en circuits te genereren, zoals transistoren, omvormers, gelijkrichters en sensoren. De contacten bestonden uit met aluminium gedoteerd zinkoxide (AZO), een goedkoop transparant en elektrisch geleidend materiaal dat binnenkort het veelgebruikte indium-tinoxide kan vervangen. "We wilden profiteren van de uitstekende elektronische eigenschappen van 2D-materialen, met behoud van volledige transparantie in de circuits, " legt Alshareef uit.

Volgens Alshareef, de onderzoekers groeiden de contacten over een groot gebied door atoomlaagafzetting, waarbij individuele atoomlagen zich precies ophopen op een substraat. Hun grootste moeilijkheid was om ook over een groot gebied hoogwaardige MoS2-monolagen te vormen op op silicium gebaseerde substraten. "We hebben dit overwonnen door een grenslaag te gebruiken die MoS2-groei bevordert, " zegt Alshareef.

Het team ontwikkelde ook een op water gebaseerd overdrachtsproces dat de als afgezette monolagen met een groot oppervlak naar een ander substraat verplaatst, zoals glas of plastic. De onderzoekers legden vervolgens de AZO-contacten op de overgedragen 2D-vellen voordat ze de apparaten en circuits maakten.

De resulterende apparaten presteerden beter dan hun equivalenten uitgerust met ondoorzichtige metalen contacten, zoals poort, bron- en afvoerelektroden, wat de hoge compatibiliteit aantoont tussen transparant geleidende metaaloxidecontacten en MoS2-monolagen. "De transistors die zijn gefabriceerd door het proces met een groot oppervlak, vertoonden de laagste inschakelspanning van alle gerapporteerde MoS2-monolaag-gebaseerde dunne-filmtransistors die zijn gegroeid door chemische dampafzetting, " zegt promovendus Zhenwei Wang, eerste auteur van de studie.

"Er zijn extra circuits gepland die zullen helpen aantonen dat onze aanpak robuust en schaalbaar is, ' zegt Alshareef.