Un nuevo estudio, publicado esta semana, podría allanar el camino hacia la electrónica transparente y revolucionaria.
Estos dispositivos transparentes podrían integrarse potencialmente en vidrio, en pantallas flexibles y en lentes de contacto inteligentes, dando vida a dispositivos futuristas que parecen producto de la ciencia ficción.
Durante varias décadas, los investigadores han buscado una nueva clase de electrónica basada en óxidos semiconductores, cuya transparencia óptica podría permitir estos componentes electrónicos totalmente transparentes.
Los dispositivos a base de óxido también podrían usarse en electrónica de potencia y tecnología de comunicación, lo que reduce la huella de carbono de nuestras redes de servicios públicos.
Un equipo liderado por RMIT ha introducido beta-telurito ultradelgado a la familia de materiales semiconductores bidimensionales 2D, proporcionando una respuesta a esta búsqueda de décadas de un óxido tipo p de alta movilidad.
"Este nuevo óxido de tipo p de alta movilidad llena un vacío crucial en el espectro de materiales para permitir circuitos rápidos y transparentes", dice el líder del equipo, el Dr. Torben Daeneke, quien dirigió la colaboración en tres nodos FLEET.
Otras ventajas clave de los semiconductores a base de óxido tan buscados son su estabilidad en el aire, requisitos de pureza menos estrictos, bajos costos y fácil deposición.
"En nuestro avance, el eslabón que faltaba era encontrar el enfoque 'positivo' correcto", dice Torben.
Ha faltado positividad
Hay dos tipos de materiales semiconductores. Los materiales 'tipo N' tienen abundantes electrones cargados negativamente, mientras que los semiconductores 'tipo p' poseen muchos huecos cargados positivamente.
Es el apilamiento de materiales complementarios de tipo ny tipo p lo que permite dispositivos electrónicos como diodos, rectificadores y circuitos lógicos.
La vida moderna depende fundamentalmente de estos materiales, ya que son los componentes básicos de cada computadora y teléfono inteligente.
Una barrera para los dispositivos de óxido ha sido que, si bien se conocen muchos óxidos de tipo n de alto rendimiento, existe una falta significativa de óxidos de tipo p de alta calidad.
La teoría impulsa la acción
Sin embargo, en 2018, un estudio computacional reveló que el beta-telurito ? -TeO2 podría ser un candidato de óxido de tipo p atractivo, con el lugar peculiar del telurio en la tabla periódica, lo que significa que puede comportarse como un metal y como no metal,dotando a su óxido de propiedades excepcionalmente útiles.
"Esta predicción alentó a nuestro grupo en la Universidad RMIT a explorar sus propiedades y aplicaciones", dice el Dr. Torben Daeneke, investigador asociado de FLEET.
Metal líquido: camino para explorar materiales 2D
El equipo del Dr. Daeneke demostró el aislamiento de beta-telurito con una técnica de síntesis desarrollada específicamente que se basa en la química de metales líquidos.
"Se prepara una mezcla fundida de telurio Te y selenio Se y se deja rodar sobre una superficie", explica el coautor principal Patjaree Aukarasereenont.
"Gracias al oxígeno en el aire ambiente, la gota fundida forma naturalmente una fina capa superficial de óxido de beta-telurito. A medida que la gota líquida se desliza sobre la superficie, esta capa de óxido se adhiere a ella, depositando láminas de óxido atómicamente delgadas en su superficie.manera."
"El proceso es similar al dibujo: se usa una varilla de vidrio como bolígrafo y el metal líquido es la tinta", explica la Sra. Aukarasereenont, estudiante de doctorado de FLEET en RMIT.
Mientras que la fase \ beta deseable del telurito crece por debajo de 300 ° C, el telurio puro tiene un alto punto de fusión, por encima de 500 ° C.Por lo tanto, se agregó selenio para diseñar una aleación que tenga un punto de fusión más bajo, lo que hace posible la síntesis.
"Las láminas ultradelgadas que obtuvimos tienen solo 1,5 nanómetros de grosor, lo que corresponde a solo unos pocos átomos. El material era muy transparente en todo el espectro visible, con una banda prohibida de 3,7 eV, lo que significa que son esencialmente invisibles para el ojo humano", explica.coautor, el Dr. Ali Zavabeti.
Evaluación de beta-telurito: hasta 100 veces más rápido
Para evaluar las propiedades electrónicas de los materiales desarrollados, se fabricaron transistores de efecto de campo FET.
"Estos dispositivos mostraron una conmutación de tipo p característica, así como una alta movilidad de orificios aproximadamente 140 cm2V-1s-1, lo que demuestra que el telurito beta es de diez a cien veces más rápido que los semiconductores de óxido de tipo p existentes. El excelenteLa relación de encendido / apagado más de 106 también atestigua que el material es adecuado para dispositivos rápidos y eficientes en energía ", dijo Patjaree Aukarasereenont.
"Los hallazgos cierran una brecha crucial en la biblioteca de material electrónico", dijo el Dr. Ali Zavabeti.
"Tener un semiconductor de tipo p transparente y rápido a nuestra disposición tiene el potencial de revolucionar la electrónica transparente, al mismo tiempo que permite mejores pantallas y dispositivos de eficiencia energética mejorados".
El equipo planea explorar más a fondo el potencial de este novedoso semiconductor. "Nuestras investigaciones adicionales de este interesante material explorarán la integración en la electrónica de consumo existente y de próxima generación", dice el Dr. Torben Daeneke.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Centro de excelencia ARC en tecnologías futuras de electrónica de bajo consumo energético . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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