Kleine tweaks in componentverhoudingen genereren elektronisch verschillende lagen van hetzelfde materiaal om transparante transistors te creëren.

Wereldwijd groeit de vraag naar transparante geleidende oxiden voor gebruik in zonnecellen, vlakke paneelvertoningen, slimme vensters en op halfgeleiders gebaseerde consumentenelektronica. KAUST-onderzoekers hebben een transparant materiaal op basis van zinkoxide ontwikkeld dat afstembare elektronische eigenschappen vertoont, afhankelijk van de aanpassing van een nieuw type doteringsmiddel.

Transparante elektronica vertrouwt op indiumtinoxide, een transparant en elektrisch geleidend materiaal dat exorbitant hoge kosten heeft vanwege de schaarste aan indium. Op zinkoxide gebaseerde materialen, zoals met hafnium gedoteerde zinkoxidematerialen, naar verwachting betaalbare, groene en overvloedige alternatieven voor indiumtinoxide. Echter, met hafnium gedoteerde zinkoxidematerialen vereisen doorgaans hoge depositietemperaturen en vertonen onvoldoende prestaties voor real-life apparaattoepassingen.

Een team onder leiding van Husam Alshareef heeft een aanpak ontwikkeld die transparante dunnefilmtransistors genereert uit een enkele hafnium-zinkoxide (HZO) composiet door simpelweg de metaaloxideverhoudingen in de verschillende transistorlagen te variëren.

Dunne-filmtransistors omvatten over het algemeen elektrode, diëlektrische en kanaallagen die vanuit verschillende geleidende, isolerende en halfgeleidende materialen. Ze vereisen ook verschillende reactoren en apparatuur voor het neerslaan van dunne films. "De elektronische eigenschappen van HZO kunnen op een zeer gecontroleerde manier worden afgestemd van geleidend tot halfgeleidend tot isolerend door simpelweg de zinkoxide / hafnium-dioxide-precursorverhouding te veranderen, " zegt promovendus Fwzah Alshammari, die de meeste experimenten heeft uitgevoerd. Dus de hele transistor is gemaakt van één binair oxide in een enkele reactiekamer. "Dit vermindert uiteindelijk de fabricagekosten en -tijd, die cruciaal zijn voor massaproductie, " zij voegt toe.

De all-HZO-transistors vertonen uitstekende elektrische eigenschappen op glas en kunststoffen, en demonstreren hun potentieel voor transparante en flexibele displays met hoge resolutie. Ze vertonen ook uitstekende prestaties wanneer ze in circuits worden opgenomen, zoals omvormers en ringoscillatoren, suggereert hun levensvatbaarheid en schaalbaarheid.

Het team is van plan om complexere circuits over grotere gebieden te fabriceren om het volledige potentieel van hun benadering voor consumentenelektronica te demonstreren.