La transparencia óptica de los nuevos materiales permitiría crear una electrónica futurista, flexible y transparente. Crédito: Universidad RMIT
Un nuevo estudio publicado esta semana podría allanar el camino para una electrónica transparente revolucionaria. Estos dispositivos transparentes podrían integrarse potencialmente con vidrio, pantallas flexibles y lentes de contacto inteligentes, dando vida a dispositivos futuristas que parecen ser un producto de ciencia ficción.
Durante varias décadas, los científicos han estado buscando una nueva clase de electrónica basada en óxidos semiconductores, cuya transparencia óptica permitiría obtener una electrónica totalmente transparente.
Los dispositivos a base de óxido también pueden encontrar aplicaciones en electrónica de potencia y tecnología de comunicaciones, lo que reduce la huella de carbono de nuestras redes de servicios públicos.
El equipo dirigido por RMIT ahora ha introducido beta-telurina ultradelgada a la familia de materiales semiconductores bidimensionales (2D), en respuesta a décadas de búsqueda de tipos de alta movilidad. óxido.
“Este nuevo óxido de alta movilidad llena un vacío clave en el espectro de materiales al permitir la creación de circuitos rápidos y transparentes”, dice el líder del equipo, el Dr. Torben Daeneke, quien dirigió la colaboración en los tres nodos FLEET.
Otras ventajas clave de los semiconductores basados en óxidos buscados durante mucho tiempo son la estabilidad del aire, los requisitos de pureza menos estrictos, el bajo costo y la fácil deposición.
“Anteriormente, el eslabón perdido era encontrar el enfoque ‘positivo’ correcto”, dice Torben.
No hubo positividad
Hay dos tipos de materiales semiconductores. Los materiales “tipo N” tienen muchos electrones cargados negativamente, mientras que los semiconductores “tipo p” tienen muchos huecos cargados positivamente.
Esto es posible gracias a la combinación de materiales n y p complementarios electrodomésticos como diodos, rectificadores y circuitos lógicos.
La vida moderna depende mucho de estos materiales porque son los componentes básicos de cada computadora y teléfono inteligente.
Un obstáculo para los dispositivos de óxido es que, si bien se conocen muchos óxidos de tipo n de alto rendimiento, existe una escasez significativa de p-óxidos de alta calidad.
Una mezcla fundida de telurio y selenio enrollada sobre la superficie forma una hoja atómicamente delgada de beta-telurito. Crédito: FLOTA
La teoría te impulsa a actuar
Sin embargo, en 2018 un estudio computacional reveló que la beta-telurina (β-TeO2) puede ser un candidato atractivo para el óxido de tipo p, con un sitio particular para el telurio en la tabla periódica, lo que significa que puede comportarse como metal y como no metal, lo que le confiere a su óxido propiedades extremadamente útiles.
“Este pronóstico impulsó a nuestro grupo en la Universidad RMIT a investigar sus propiedades y aplicaciones”, dice el Dr. Torben Daeneke, un asociado de FLEET.
Metal líquido: ruta de exploración de material 2D
El equipo del Dr. Daeneke demostró el aislamiento de beta-telurito utilizando una técnica de síntesis especialmente desarrollada basada en la química de metales líquidos.
“Se prepara una mezcla fundida de telurio (Te) y selenio (Se) y se rueda sobre la superficie”, explica el coautor Patjaree Aukarasereenont.
“Debido a la presencia de oxígeno en el aire ambiente, la gota fundida forma naturalmente una capa superficial delgada de óxido de beta-telurina. Cuando una gota de líquido se desliza sobre la superficie, esta capa de óxido se adhiere a ella, depositando finas capas de óxido a su paso. “
“El proceso es similar al dibujo: utilizas una varilla de vidrio como bolígrafo y metal liquido es tu tinta ”, explica la Sra. Aukarasereenont, estudiante de doctorado de FLOTA en RMIT.
Mientras que la fase de telurito β deseada se eleva por debajo de 300 ° C, el telurio puro no alto punto de fusiónpor encima de 500 ° C. Por lo tanto, se agregó selenio para diseñar una aleación que tenga un punto de fusión más bajo, lo que permite la síntesis.
“Nuestras láminas ultradelgadas tienen solo 1,5 nanómetros de grosor, que son solo unos pocos átomos. El material era muy transparente en todo el rango visible, con una banda prohibida de 3,7 eV, lo que significa que son esencialmente invisibles para el ojo humano ”, explica el coautor, el Dr. Ali Zavabeti.
Clasificación de beta-telurina: hasta 100 veces más rápido
Para evaluar las propiedades electrónicas de los materiales desarrollados, se produjeron transistores de efecto de campo (FET).
“Estos dispositivos mostraron una conmutación de tipo p característica, así como una alta movilidad de los orificios (aproximadamente 140 cm2V-1s-1), que muestra que la beta-telurina es de diez a cien veces más rápida que los semiconductores de óxido de tipo p existentes. Excelente relación de encendido / apagado (más de 106) también confirma que el material es adecuado para electrodomésticos de alta velocidad que ahorran energía ”, dijo la Sra. Patjaree Aukarasereenont.
Equipo RMIT de izquierda a derecha: Ali Zavabeti, Patjaree Aukarasereenont y Torben Daeneke con electrónica transparente. Crédito: FLOTA
“Los hallazgos llenan un vacío clave en la biblioteca de material electrónico”, dijo el Dr. Ali Zavabeti.
“Tener un semiconductor de tipo p transparente y rápido podría revolucionar electrónica transparenteal mismo tiempo que permite mejores pantallas y dispositivos de eficiencia energética mejorados ”.
El equipo planea investigar más a fondo el potencial de este nuevo semiconductor. “Nuestra investigación adicional sobre este interesante material buscará la integración en la electrónica de consumo existente y de próxima generación”, dice el Dr. Torben Daeneke.
El artículo “Alta movilidad tipo p semiconductor bidimensional β-TeO2, “Se publicó en Naturaleza Electrónica en abril de 2021
Tipo de semiconductor β-TeO bidimensional de alta movilidad2, Naturaleza Electrónica DOI: 10.1038 / s41928-021-00561-5