Grande surface, les semi-conducteurs bidimensionnels câblés à travers des conducteurs en oxyde transparent produisent une électronique transparente haute performance.

Appareils électroniques transparents, tels que les écrans transparents, Les fenêtres intelligentes et les circuits cachés nécessitent des composants complètement translucides si les utilisateurs doivent interagir numériquement avec leur environnement perçu et manipuler ces informations en temps réel. Maintenant, Les chercheurs du KAUST ont mis au point une stratégie qui aide à intégrer des contacts métal-oxyde transparents conducteurs avec des semi-conducteurs bidimensionnels (2-D) dans ces dispositifs.

Feuilles semi-conductrices ultrafines composées de métaux de transition associés à des atomes de chalcogène, comme le soufre, sélénium et tellure, présentent des propriétés électroniques et une transparence optique exceptionnelles. Cependant, à ce jour, l'incorporation de monocouches de sulfure de molybdène (MoS2) dans des circuits repose sur des substrats de silicium et des électrodes métalliques, tels que l'or et l'aluminium. L'opacité de ces matériaux a bloqué les tentatives de développement d'appareils électroniques 2D entièrement transparents.

L'équipe KAUST dirigée par les scientifiques des matériaux Xi-Xiang Zhang et Husam Alshareef a combiné des monocouches MoS2 avec des contacts transparents pour générer une série de dispositifs et de circuits, comme les transistors, onduleurs, redresseurs et capteurs. Les contacts étaient constitués d'oxyde de zinc dopé à l'aluminium (AZO), un matériau transparent et conducteur d'électricité à faible coût qui pourrait bientôt remplacer l'oxyde d'indium-étain largement utilisé. « Nous avons voulu capitaliser sur les excellentes propriétés électroniques des matériaux 2D, tout en gardant une transparence totale dans les circuits, " explique Alshareef.

Selon Alshareef, les chercheurs ont développé les contacts sur une grande surface par dépôt de couche atomique, au cours de laquelle des couches d'atomes individuelles s'accumulent précisément sur un substrat. Leur principale difficulté était de former également des monocouches de MoS2 de haute qualité sur des substrats à base de silicium sur une grande surface. "Nous avons surmonté cela en utilisant une couche interfaciale qui favorise la croissance du MoS2, " dit Alshareef.

L'équipe a également développé un processus de transfert à base d'eau qui déplace les monocouches de grande surface telles que déposées sur un substrat différent, comme le verre ou le plastique. Les chercheurs ont ensuite déposé les contacts AZO sur les feuilles 2D transférées avant de fabriquer les appareils et les circuits.

Les appareils résultants ont surpassé leurs équivalents équipés de contacts métalliques opaques, comme la porte, électrodes de source et de drain, ce qui démontre la compatibilité élevée entre les contacts d'oxyde métallique conducteurs transparents et les monocouches de MoS2. "Les transistors fabriqués par le procédé à grande surface ont montré la tension d'activation la plus faible de tous les transistors à couche mince à base de monocouche MoS2 développés par dépôt chimique en phase vapeur, " déclare le doctorant Zhenwei Wang, premier auteur de l'étude.

« Des circuits supplémentaires sont prévus qui permettront de démontrer que notre approche est robuste et évolutive, " dit Alshareef.