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一种新的积极方法可能是下一代透明电子产品的关键

人工智能 2021-04-06 10:15:58

本周发布的一项新研究可能为革命性的透明电子学铺平道路。这样的透视设备可以潜在地集成在玻璃,柔性显示器和智能隐形眼镜中,从而使看起来像科幻小说的产品的未来设备栩栩如生。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,其光学透明性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用于电力电子和通信技术,从而减少了我们公用事业网络的碳足迹。

由RMIT领导的团队现已将超薄β-碲酸盐引入了二维(2D)半导体材料家族,为长达数十年的对高迁移率p型氧化物的探索提供了答案。

团队负责人Torben Daeneke博士说:“这种新型的高迁移率p型氧化物填补了材料范围中的关键空白,可以实现快速,透明的电路。”他领导了三个FLEET节点之间的合作。

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。”

一直缺乏积极性

有两种类型的半导体材料。“ N型”材料具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。

它是互补的n型和p型材料的堆叠,可用于电子设备,例如二极管,整流器和逻辑电路。

现代生活至关重要地依赖于这些材料,因为它们是每台计算机和智能手机的基础。

氧化物器件的一个障碍是,尽管已知许多高性能的n型氧化物,但仍然严重缺乏高质量的p型氧化物。

碲和硒的熔融混合物滚过表面,沉积出原子薄的β-碲酸盐薄片。信用:FLEET

理论促使行动

然而,在2018年,一个计算研究表明,测试碲酸盐(β-的TeO 2在周期表)可能是一个有吸引力的p型氧化物的候选人,碲特有的地方意味着它可以表现为两种金属和非金属,为其氧化物提供独特有用的性能。

FLEET副研究员Torben Daeneke博士说:“这一预测鼓励我们的团队进入RMIT大学探索其性质和应用。”

Daeneke博士的团队通过一种专门开发的依赖于液态金属化学的合成技术,证明了β-碲石的分离。

共同第一作者Patjaree Aukarasereenont解释说:“制备了碲(Te)和硒(Se)的熔融混合物,并使其在表面上滚动。”

“由于环境空气中的氧气,熔融的液滴自然会形成β-碲酸盐的薄表面氧化物层。当液滴在表面上滚动时,该氧化物层会粘附在其表面,从而以原子方式沉积薄的氧化物片。 ”

FLEET博士学位的Aukarasereenont女士解释说:“过程类似于绘图:您使用玻璃棒作为笔,而液态金属就是您的墨水。” RMIT的学生。

尽管理想的亚碲酸盐的β相在低于300°C的温度下生长,但是纯碲具有高于500°C的高熔点。因此,添加硒来设计具有较低熔点的合金,从而使合成成为可能。

“我们获得的超薄片只有1.5纳米厚-仅对应少数原子。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。” Ali Zavabeti博士。

为了评估开发材料的电子性能,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 cm 2 V -1 s -1),表明β-碲石比现有的p型氧化物半导体快十到一百倍。出色的开/关比(超过10 6)也证明了该材料适用于高功率,快速的设备,” Patjaree Aukarasereenont女士说。

Ali Zavabeti博士说:“这些发现弥合了电子资料库中的一个关键差距。”

“拥有我们可以使用的快速,透明的p型半导体有可能彻底改变透明的电子产品,同时还可以实现更好的显示和改进的节能设备。”

研究小组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。”

纸,“高流动性的p型半导体二维β-的TeO 2,”发表在自然电子四月2021

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