Stort område, tvådimensionella halvledare kopplade genom transparenta oxidledare producerar högpresterande genomskinlig elektronik.

Genomskinlig elektronisk utrustning, som genomskinliga displayer, smarta fönster och dolda kretsar kräver helt genomskinliga komponenter om användarna digitalt ska interagera med sin upplevda omgivning och manipulera denna information i realtid. Nu, KAUST-forskare har utarbetat en strategi som hjälper till att integrera transparenta ledande metalloxidkontakter med tvådimensionella (2-D) halvledare i dessa enheter.

Ultratunna halvledarskivor som är sammansatta av övergångsmetaller associerade med kalkogenatomer, såsom svavel, selen och tellur, presenterar exceptionella elektroniska egenskaper och optisk transparens. Dock, hittills, att införliva molybdensulfid (MoS2) monolager i kretsar har förlitat sig på kiselsubstrat och metallelektroder, såsom guld och aluminium.. Opaciteten hos dessa material har stoppat försöken att utveckla helt transparenta 2D elektroniska enheter.

KAUST-teamet ledd av materialforskarna Xi-Xiang Zhang och Husam Alshareef har kombinerat MoS2-monoskikt med transparenta kontakter för att generera en serie enheter och kretsar, som transistorer, växelriktare, likriktare och sensorer. Kontakterna bestod av aluminiumdopad zinkoxid (AZO), ett billigt transparent och elektriskt ledande material som snart kan ersätta den mycket använda indium-tennoxiden. "Vi ville dra nytta av de utmärkta elektroniska egenskaperna hos 2D-material, samtidigt som full transparens i kretsarna bibehålls, " förklarar Alshareef.

Enligt Alshareef, forskarna odlade kontakterna över ett stort område genom atomskiktsavsättning, under vilken individuella atomlager exakt ackumuleras på ett substrat. Deras största svårighet var att även bilda högkvalitativa MoS2-monoskikt på kiselbaserade substrat över en stor yta. "Vi övervann detta genom att använda ett gränssnittsskikt som främjar MoS2-tillväxt, säger Alshareef.

Teamet utvecklade också en vattenbaserad överföringsprocess som flyttar de avsatta stora monoskikten till ett annat substrat, som glas eller plast. Forskarna deponerade sedan AZO-kontakterna på de överförda 2-D-arken innan de tillverkade enheterna och kretsarna.

De resulterande enheterna överträffade sina motsvarigheter utrustade med ogenomskinliga metallkontakter, såsom grind, käll- och dräneringselektroder, vilket visar den höga kompatibiliteten mellan transparenta ledande metalloxidkontakter och monoskikt i MoS2. "Transistorerna som tillverkades av storområdet-processen visade den lägsta startspänningen för någon rapporterad MoS2-monoskiktbaserad tunnfilmstransistor som odlats genom kemisk ångavsättning, " säger doktoranden Zhenwei Wang, första författare till studien.

"Ytterligare kretsar planeras som kommer att hjälpa till att visa att vår strategi är robust och skalbar, säger Alshareef.