Les circuits électroniques haute performance entièrement fabriqués à partir de matériaux transparents pourraient avoir d'innombrables applications, des affichages tête haute sur les pare-brise des voitures aux téléviseurs transparents et aux fenêtres intelligentes dans les maisons et les bureaux. Les chercheurs de la KAUST ont trouvé un moyen de fabriquer des transistors transparents et d'autres composants essentiels des circuits électroniques en utilisant des matériaux peu coûteux et facilement disponibles et une technique de fabrication simple1.
L'oxyde d'indium-étain (ITO) est actuellement le matériau de choix pour l'électronique car il combine transparence optique et conductivité électrique. Son utilisation va des écrans tactiles des smartphones aux panneaux solaires récupérateurs de lumière. L'indium est rare, cependant, et à mesure que la demande augmente pour les dispositifs contenant de l'ITO, le prix de l'indium aussi.
Une alternative prometteuse à l'ITO à faible coût est un matériau transparent connu sous le nom d'oxyde de zinc dopé à l'aluminium (AZO).
"Les éléments qui composent ce matériau sont plus abondants que l'indium, faire d'AZO une option commercialement raisonnable, " a déclaré le professeur Husam Alshareef de la division des sciences physiques et de l'ingénierie de la KAUST, qui a également dirigé la recherche. " Cependant, Les appareils électroniques fabriqués à l'aide d'AZO ont traditionnellement montré des performances inférieures à celles des appareils fabriqués à l'aide d'ITO."
Pour surmonter cette limite, Alshareef et son équipe de recherche ont utilisé une technologie de haute précision appelée dépôt de couche atomique, un processus dans lequel le circuit est constitué d'une seule couche d'atomes à la fois. Des vapeurs volatiles d'aluminium et de zinc sous forme de triméthylaluminium et de diéthylzinc ont été alternativement introduites sur le substrat transparent, où ils adhèrent à la surface en une seule couche avant de réagir in situ pour former AZO.
"L'utilisation du dépôt de couche atomique pour faire croître toutes les couches actives simplifie le processus de fabrication du circuit et améliore considérablement les performances du circuit en contrôlant la croissance de la couche à l'échelle atomique, " expliqua Alshareef.
Pour de nombreux appareils électroniques, le composant clé est le transistor à couche mince. Lorsqu'ils sont combinés en grand nombre, ces appareils permettent aux ordinateurs de faire des calculs, les affichages du variateur et agissent comme des capteurs actifs. Alshareef a utilisé un matériau transparent appelé oxyde d'hafnium qui a été pris en sandwich entre des couches d'oxyde de zinc pour former les transistors hautement stables utilisés pour fabriquer les circuits transparents.
« Nos propriétés de transistor sont les meilleures signalées à ce jour pour les transistors entièrement transparents utilisant des contacts AZO, " a déclaré le doctorant Zhenwei Wang, qui a effectué une grande partie du travail expérimental.
Un autre avantage de l'approche d'Alshareef est que le dépôt de couche atomique ne nécessite qu'une température de 160 degrés Celsius pour former chaque couche, qui est suffisamment faible pour que les circuits transparents soient formés sur des substrats en plastique souple ainsi que sur du verre rigide.
