一种新的、积极的方法可能是下一代透明电子产品的关键

RMIT团队从左起，Ali Zavabeti, Patjaree Aukarasereenont和Torben Daeneke与透明电子设备

本周公布的一项新研究可能会为革命性的透明电子产品铺平道路。

这种透明设备有可能被集成到玻璃、柔性显示器和智能隐形眼镜中，使看起来像科幻小说产品的未来设备变得栩栩如生。

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，这种电子产品的光学透明度可以使这些电子产品完全透明。

基于氧化物的设备也可以用于电力电子和通信技术，减少我们公用事业网络的碳足迹。

rmit领导的团队现在将超薄β -碲酸盐引入了二维(2D)半导体材料家族，为数十年来对高迁移率p型氧化物的探索提供了答案。

这种新材料的光学透明度可以实现未来的、灵活的、透明的电子产品。点击此处查看全分辨率版本(可供发布)。来源:RMIT大学。

“这种新的、高迁移率的p型氧化物填补了材料谱中的一个关键空白，可以实现快速、透明的电路，”团队负责人Torben Daeneke博士说，他领导了跨越三个FLEET节点的合作。

长期以来备受追捧的氧化物基半导体的其他关键优势是它们在空气中的稳定性、不那么严格的纯度要求、低成本和易于沉积。

托本说:“在我们的发展过程中，缺失的一环是找到正确的‘积极’方法。

半导体材料有两种。“n型”材料具有大量带负电荷的电子，而“p型”半导体具有大量带正电荷的空穴。

正是互补的n型和p型材料堆叠在一起，才有了二极管、整流器和逻辑电路等电子器件。

现代生活严重依赖于这些材料，因为它们是每台电脑和智能手机的组成部分。

氧化物器件的一个障碍是，尽管许多高性能n型众所周知，氧化物存在明显的高质量不足p型氧化物。

碲和硒的熔融混合物滚过一个表面，沉积了一层原子薄的-碲酸盐

然而，2018年的一项计算研究表明，β-碲酸盐(β-TeO₂)可能是一种有吸引力的p型氧化物候选者，碲在元素周期表中的特殊位置意味着它既可以表现为金属，也可以表现为非金属，为其氧化物提供了独特的有用性质。

FLEET的副研究员Torben Daeneke博士说:“这一预测鼓励了我们在RMIT大学的团队探索它的特性和应用。”

Daeneke博士的团队用一种专门开发的合成技术证明了-碲酸盐的分离，这种技术依赖于液态金属化学。

“碲(Te)和硒(Se)的熔融混合物被制备，并允许在表面上滚动，”共同第一作者Patjaree Aukarasereenont解释道。

“由于周围空气中的氧气，熔融液滴自然地形成了薄的β -碲酸盐表面氧化层。当液滴在表面滚动时，氧化层粘附在它上面，在它的方式上沉积原子薄的氧化片。”

“这个过程类似于画画:你用一根玻璃棒作为笔，液态金属是墨水，”在RMIT攻读FLEET博士学位的Aukarasereenont解释道。

虽然理想的碲矿β相生长在300°C以下，但纯碲具有高熔点，高于500°C。因此，添加硒来设计具有较低熔点的合金，使合成成为可能。

“我们获得的超薄薄片只有1.5纳米厚，只相当于几个原子。该材料在可见光谱上是高度透明的，带隙为3.7 eV，这意味着它们基本上是人眼看不见的。”

为了评估所开发材料的电子性能，我们制作了场效应晶体管(fet)。

显示电荷密度的碲酸盐晶体结构

“这些器件显示出典型的p型开关以及高空穴迁移率(约140厘米)²V^－1年代^－1)，表明-碲酸盐比现有的p型氧化物半导体快10到100倍。良好的开关比(超过10⁶)也证明了这种材料适用于高效、快速的设备。”Patjaree Aukarasereenont说。

Ali Zavabeti博士说:“这些发现填补了电子材料库中的一个关键空白。”

“拥有一种快速、透明的p型半导体，我们有可能彻底改变透明电子产品，同时也能实现更好的显示和更节能的设备。”

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

这篇论文高迁移率p型半导体二维β张志贤₂发表于电子性质2021年4月。(DOI: 10.1038 / s41928 - 021 - 00561 - 5)

来自皇家墨尔本理工学院、澳大利亚国立大学和新南威尔士大学的FLEET研究人员与迪肯大学和墨尔本大学的同事合作。FLEET的Matthias Wurdack (ANU)进行了2D纳米片转移实验，而Kourosh Kalantar-zadeh (UNSW)协助分析了材料和器件特性。

这个项目是由澳大利亚研究理事会(卓越中心和DECRA项目)，作者也感谢来自RMIT大学的显微和微分析设备(RMMF)RMIT大学的微纳米研究设施(MNRF)和通过墨尔本大学的麦肯齐博士后奖学金项目获得的资金。