新材料使全透明电子成为可能 科幻大片式设备不再是梦
原创
2021-04-08 15:20 星期四
财联社 黄君芝

财联社(上海,编辑 黄君芝)讯,据报道,本周公布的一项新研究可能为下一代透明电子产品铺平道路。这种透明设备可能会被集成到玻璃、柔性显示器和智能隐形眼镜中,就好像是科幻片中的未来设备来到了现实生活中。

几十年来,研究人员一直在寻找一种基于半导体氧化物的新型电子产品,其光学透明度可以使这些完全透明的电子产品成为可能。基于氧化物的设备还可以用于电力电子和通信技术,减少公用事业网络的碳足迹。

一个由墨尔本皇家理工大学(RMIT University)领导的团队现在已经将超薄β-碲酸盐引入到二维(2D)半导体材料家族中,为数十年来寻找高迁移率p型氧化物的研究提供了答案。

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团队负责人Torben Daeneke博士表示,“这种新型的高迁移率p型氧化物填补了材料范围中的一个关键空白,可以实现快速、透明的电路。”

长期以来人们所追求的基于氧化物的半导体的其他主要优点是它们在空气中的稳定性,对纯度的要求不严格,成本低且易于沉积。Torben说,“在我们前进的过程中,缺失的环节是找到正确的‘积极’方法。”

半导体材料有两种类型。“n型”材料有大量带负电的电子,而“ p型”半导体则具有大量带正电的空穴。正是互补的n型和p型材料叠加在一起,才使得电子器件如二极管、整流器和逻辑电路得以实现。

现代生活非常依赖这些材料,因为它们是每台电脑和智能手机的基石。然而,氧化物器件的一个障碍是,虽然已知有许多高性能的n型氧化物,但高质量的p型氧化物仍明显缺乏。

然而,2018年的一项计算研究显示,β-碲酸盐(β-TeO2)可能是一种有吸引力的p型氧化物候选物质,因为碲在元素周期表中的特殊位置意味着它既可以充当金属,也可以充当非金属,这使其氧化物具有独特的有用性质。

Daeneke博士说,“这个预测鼓励我们在RMIT大学的团队探索它的特性和应用。”

最终,研究人员获得了只有1.5纳米厚的超薄片。该材料在可见光谱范围内是高度透明的,带隙为3.7 eV,这意味着它们在肉眼上基本上是不可见的。

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为了评估开发材料的电子性能,研究人员制造了场效应晶体管(FET)。这些器件显示出特征性的p型开关以及高的空穴迁移率(大约140 cm2V-1s-1),表明β-碲石比现有的p型氧化物半导体要快10到100倍。优异的开关比(超过106)也证明该材料适用于省电,快速的设备。

研究人员表示,“这些发现填补了电子资料库的一个关键空白。有了一种快速透明的p型半导体,我们就有可能彻底改变透明电子技术,同时也能实现更好的显示和改进节能设备。”

该团队计划进一步探索这种新型半导体的潜力。Daeneke博士说:“我们对这种令人兴奋的材料的进一步研究将是探索现有和下一代消费电子产品的集成。”

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