Circuiti elettronici ad alte prestazioni realizzati interamente con materiali trasparenti potrebbero avere innumerevoli applicazioni, dai display head-up sui parabrezza delle auto ai televisori trasparenti e alle finestre intelligenti nelle case e negli uffici. I ricercatori della KAUST hanno trovato un modo per realizzare transistor trasparenti e altri componenti essenziali dei circuiti elettronici utilizzando materiali economici e facilmente reperibili e una semplice tecnica di fabbricazione1.
L'ossido di indio e stagno (ITO) è il materiale attualmente scelto per l'elettronica perché combina la trasparenza ottica con la conduttività elettrica. Il suo utilizzo spazia dagli schermi degli smartphone sensibili al tocco ai pannelli solari che raccolgono la luce. L'indio scarseggia, però, e con l'aumento della domanda di dispositivi contenenti ITO, così fa il prezzo dell'indio.
Una promettente alternativa ITO a basso costo è un materiale trasparente noto come ossido di zinco drogato con alluminio (AZO).
"Gli elementi che compongono questo materiale sono più abbondanti dell'indio, rendendo AZO un'opzione commercialmente ragionevole, " ha affermato il professor Husam Alshareef della KAUST Physical Science and Engineering Division che ha anche guidato la ricerca. "Tuttavia, i dispositivi elettronici realizzati con AZO hanno tradizionalmente mostrato prestazioni inferiori ai dispositivi realizzati con ITO."
Per superare questo limite, Alshareef e il suo team di ricerca hanno utilizzato una tecnologia ad alta precisione chiamata deposizione di strati atomici, un processo in cui il circuito è costituito da un singolo strato di atomi alla volta. Sul substrato trasparente sono stati alternativamente introdotti vapori volatili di alluminio e zinco sotto forma di trimetilalluminio e dietil zinco, dove aderiscono alla superficie in un unico strato prima di reagire in situ per formare AZO.
"L'utilizzo della deposizione di strati atomici per far crescere tutti gli strati attivi semplifica il processo di fabbricazione del circuito e migliora significativamente le prestazioni del circuito controllando la crescita dello strato su scala atomica, "Ha spiegato Alshareef.
Per molti dispositivi elettronici, il componente chiave è il transistor a film sottile. Quando combinati in gran numero, questi dispositivi consentono ai computer di eseguire calcoli, display dell'unità e fungono da sensori attivi. Alshareef ha utilizzato un materiale trasparente chiamato ossido di afnio che è stato inserito tra strati di ossido di zinco per formare i transistor altamente stabili utilizzati per fabbricare i circuiti trasparenti.
"Le nostre proprietà dei transistor sono le migliori riportate finora per transistor completamente trasparenti che utilizzano contatti AZO, " ha detto il dottorando Zhenwei Wang, che ha svolto gran parte del lavoro sperimentale.
Un altro vantaggio dell'approccio di Alshareef è che la deposizione dello strato atomico richiede solo una temperatura di 160 gradi Celsius per formare ogni strato, che è sufficientemente basso da consentire la formazione del circuito trasparente su substrati di plastica flessibile e su vetro rigido.
