Små justeringar i komponentförhållanden genererar elektroniskt olika lager från samma material för att skapa transparenta transistorer.

Den globala efterfrågan ökar på transparenta ledande oxider för användning i solceller, platta skärmar, smarta fönster och halvledarbaserad hemelektronik. KAUST-forskare har konstruerat ett zinkoxidbaserat transparent material som uppvisar avstämbara elektroniska egenskaper beroende på justeringen av en ny typ av dopningsmedel.

Transparent elektronik förlitar sig på indiumtennoxid, ett transparent och elektriskt ledande material som har en orimlig kostnad på grund av bristen på indium. Zinkoxidbaserade material, såsom hafniumdopade zinkoxidmaterial, förväntas erbjuda prisvärda, gröna och rikliga alternativ till indiumtennoxid. Dock, hafniumdopade zinkoxidmaterial kräver vanligtvis höga avsättningstemperaturer och uppvisar otillräcklig prestanda för verkliga enhetstillämpningar.

Ett team ledd av Husam Alshareef har utvecklat ett tillvägagångssätt som genererar transparenta tunnfilmstransistorer från en enda hafnium-zinkoxid (HZO) komposit genom att helt enkelt variera metalloxidförhållandena i de olika transistorskikten.

Tunnfilmstransistorer innefattar vanligtvis elektroder, dielektriska och kanalskikt som avsätts på ett substrat från olika ledande, isolerande och halvledande material. De kräver också olika reaktorer och tunnfilmsdeponeringsutrustning. "De elektroniska egenskaperna hos HZO kan justeras från ledande till halvledande till isolerande på ett mycket kontrollerat sätt genom att helt enkelt ändra förhållandet zinkoxid/hafniumdioxidprekursor, säger doktoranden Fwzah Alshammari, som utförde de flesta experimenten. Så hela transistorn är gjord av en binär oxid i en enda reaktionskammare. "Detta minskar i slutändan tillverkningskostnaden och tiden, som är avgörande för massproduktion, " tillägger hon.

De helt HZO-transistorer uppvisar utmärkta elektriska egenskaper på glas och plast, demonstrerar deras potential för högupplösta transparenta och flexibla skärmar. De visar också enastående prestanda när de ingår i kretsar, såsom växelriktare och ringoscillatorer, antyder deras lönsamhet och skalbarhet.

Teamet planerar att tillverka mer komplexa kretsar över större områden för att visa den fulla potentialen i deras tillvägagångssätt för hemelektronik.