Combler une lacune cruciale dans le spectre des matériaux –

De tels dispositifs transparents pourraient potentiellement être intégrés dans du verre, dans des écrans flexibles et dans des lentilles de contact intelligentes, donnant vie à des dispositifs futuristes qui semblent être le produit de la science-fiction.

Depuis plusieurs décennies, les chercheurs ont recherché une nouvelle classe d’électronique basée sur des oxydes semi-conducteurs, dont la transparence optique pourrait permettre cette électronique totalement transparente.

Les dispositifs à base d’oxyde pourraient également trouver une utilisation dans l’électronique de puissance et les technologies de communication, réduisant ainsi l’empreinte carbone de nos réseaux de services publics.

Une équipe dirigée par RMIT a maintenant introduit la bêta-tellurite ultramince dans la famille des matériaux semi-conducteurs bidimensionnels (2D), apportant une réponse à cette recherche de plusieurs décennies d’un oxyde de type p à haute mobilité.

«Ce nouvel oxyde de type p à haute mobilité comble une lacune cruciale dans le spectre des matériaux pour permettre des circuits rapides et transparents», déclare le chef d’équipe, le Dr Torben Daeneke, qui a dirigé la collaboration sur trois nœuds FLEET.

D’autres avantages clés des semi-conducteurs à base d’oxyde tant recherchés sont leur stabilité à l’air, des exigences de pureté moins strictes, des coûts bas et un dépôt facile.

«Dans notre avancée, le chaînon manquant était de trouver la bonne approche« positive »», déclare Torben.

La positivité a fait défaut

Il existe deux types de matériaux semi-conducteurs. Les matériaux de «type N» ont d’abondants électrons chargés négativement, tandis que les semi-conducteurs de «type p» possèdent de nombreux trous chargés positivement.

C’est l’empilement de matériaux complémentaires de type n et de type p qui permet aux appareils électroniques tels que les diodes, les redresseurs et les circuits logiques.

La vie moderne dépend essentiellement de ces matériaux, car ils sont les éléments constitutifs de chaque ordinateur et smartphone.

Un obstacle aux dispositifs à oxyde est que, bien que de nombreux oxydes de type n à hautes performances soient connus, il existe un manque significatif d’oxydes de type p de haute qualité.

La théorie incite à l’action

Cependant, en 2018, une étude informatique a révélé que la bêta-tellurite (? -TeO2) pourrait être un candidat oxyde de type p attrayant, avec la place particulière du tellure dans le tableau périodique, ce qui signifie qu’il peut se comporter à la fois comme un métal et un non-métal, fournissant son oxyde aux propriétés particulièrement utiles.

«Cette prédiction a encouragé notre groupe de l’Université RMIT à explorer ses propriétés et ses applications», déclare le Dr Torben Daeneke, chercheur associé FLEET.

Métal liquide – voie pour explorer les matériaux 2D

L’équipe du Dr Daeneke a démontré l’isolement de la bêta-tellurite avec une technique de synthèse spécialement développée qui repose sur la chimie des métaux liquides.

«Un mélange fondu de tellure (Te) et de sélénium (Se) est préparé et on le laisse rouler sur une surface», explique le co-premier auteur Patjaree Aukarasereenont.

“Grâce à l’oxygène de l’air ambiant, la gouttelette fondue forme naturellement une fine couche d’oxyde de surface de bêta-tellurite. Lorsque la gouttelette liquide est enroulée sur la surface, cette couche d’oxyde y adhère, déposant sur son chemin des feuilles d’oxyde atomiquement minces. “

«Le processus est similaire au dessin: vous utilisez une tige de verre comme stylo et le métal liquide est votre encre», explique Mme Aukarasereenont, doctorante FLEET au RMIT.

Alors que la phase ß souhaitable de la tellurite croît en dessous de 300 ° C, le tellure pur a un point de fusion élevé, supérieur à 500 ° C. Par conséquent, du sélénium a été ajouté pour concevoir un alliage qui a un point de fusion plus bas, rendant la synthèse possible.

«Les feuilles ultrafines que nous avons obtenues ne mesurent que 1,5 nanomètre d’épaisseur, ce qui correspond à seulement quelques atomes. Le matériau était très transparent sur tout le spectre visible, avec une bande interdite de 3,7 eV, ce qui signifie qu’ils sont essentiellement invisibles à l’œil humain», explique le co- auteur Dr Ali Zavabeti.

Évaluation de la bêta-tellurite: jusqu’à 100 fois plus vite

Pour évaluer les propriétés électroniques des matériaux développés, des transistors à effet de champ (FET) ont été fabriqués.

«Ces dispositifs ont montré une commutation de type p caractéristique ainsi qu’une mobilité élevée des trous (environ 140 cm2V-1s-1), montrant que la bêta-tellurite est dix à cent fois plus rapide que les semi-conducteurs à oxyde de type p existants. un rapport hors-norme (supérieur à 106) atteste également que le matériau convient aux appareils rapides et économes en énergie », a déclaré Mme Patjaree Aukarasereenont.

«Les résultats comblent une lacune cruciale dans la bibliothèque de matériel électronique», a déclaré le Dr Ali Zavabeti.

«Disposer d’un semi-conducteur de type p rapide et transparent a le potentiel de révolutionner l’électronique transparente, tout en permettant également de meilleurs affichages et des dispositifs écoénergétiques améliorés.

L’équipe prévoit d’explorer davantage le potentiel de ce nouveau semi-conducteur. «Nos recherches ultérieures sur ce matériau passionnant exploreront l’intégration dans l’électronique grand public existante et de prochaine génération», déclare le Dr Torben Daeneke.