Vasta area, semiconduttori bidimensionali cablati attraverso conduttori di ossido trasparente producono elettronica trasparente ad alte prestazioni.

Dispositivi elettronici trasparenti, come display trasparenti, finestre intelligenti e circuiti nascosti richiedono componenti completamente traslucidi se gli utenti devono interagire digitalmente con l'ambiente circostante e manipolare queste informazioni in tempo reale. Ora, I ricercatori KAUST hanno ideato una strategia che aiuta a integrare in questi dispositivi contatti conduttori trasparenti di ossido di metallo con semiconduttori bidimensionali (2-D).

Fogli semiconduttori ultrasottili composti da metalli di transizione associati ad atomi di calcogeno, come lo zolfo, selenio e tellurio, presentano eccezionali proprietà elettroniche e trasparenza ottica. Però, ad oggi, l'incorporazione di monostrati di solfuro di molibdeno (MoS2) nei circuiti si è basata su substrati di silicio ed elettrodi metallici, come l'oro e l'alluminio.. L'opacità di questi materiali ha bloccato i tentativi di sviluppare dispositivi elettronici 2-D completamente trasparenti.

Il team KAUST guidato dagli scienziati dei materiali Xi-Xiang Zhang e Husam Alshareef ha combinato monostrati MoS2 con contatti trasparenti per generare una serie di dispositivi e circuiti, come i transistor, inverter, raddrizzatori e sensori. I contatti erano costituiti da ossido di zinco drogato con alluminio (AZO), un materiale trasparente ed elettricamente conduttivo a basso costo che potrebbe presto sostituire l'ossido di indio-stagno ampiamente utilizzato. "Volevamo sfruttare le eccellenti proprietà elettroniche dei materiali 2-D, pur mantenendo la piena trasparenza nei circuiti, " spiega Alshareef.

Secondo Alshareef, i ricercatori hanno aumentato i contatti su una vasta area mediante deposizione di strati atomici, durante i quali i singoli strati atomici si accumulano con precisione su un substrato. La loro principale difficoltà era quella di formare anche monostrati MoS2 di alta qualità su substrati a base di silicio su una vasta area. "Abbiamo superato questo problema utilizzando uno strato interfacciale che promuove la crescita di MoS2, " dice Alshareef.

Il team ha anche sviluppato un processo di trasferimento a base d'acqua che sposta i monostrati di ampia area così come depositati su un substrato diverso, come vetro o plastica. I ricercatori hanno quindi depositato i contatti AZO sui fogli 2-D trasferiti prima di fabbricare i dispositivi e i circuiti.

I dispositivi risultanti hanno superato i loro equivalenti dotati di contatti metallici opachi, come cancello, elettrodi di source e drain, che dimostra l'elevata compatibilità tra i contatti di ossido di metallo conduttivo trasparenti e i monostrati di MoS2. "I transistor fabbricati dal processo ad ampia area hanno mostrato la più bassa tensione di accensione di qualsiasi transistor a film sottile basato su monostrato MoS2 riportato cresciuto mediante deposizione di vapore chimico, " dice il dottorando Zhenwei Wang, primo autore dello studio.

"Sono previsti circuiti aggiuntivi che aiuteranno a dimostrare che il nostro approccio è robusto e scalabile, " dice Alshareef.