碲硒混合二維半導體可能是下一代透明電子產品的關鍵材料

新材料的光學透明性可以實現未來，靈活，透明的電子產品。

本週釋出的一項新研究可能為革命性的透明電子學鋪平道路。這樣的透視裝置可以潛在地整合在玻璃，柔性顯示器和智慧隱形眼鏡中，從而使看起來像科幻小說的產品的未來裝置栩栩如生。

幾十年來，研究人員一直在尋找一種基於半導體氧化物的新型電子產品，其光學透明性可以使這些完全透明的電子產品成為可能。

基於氧化物的裝置還可用於電力電子和通訊技術，從而減少了我們公用事業網路的碳足跡。

由皇家墨爾本理工大學RMIT領導的團隊現已將超薄β-碲酸鹽引入了二維（2D）半導體材料家族，為長達數十年的對高遷移率p型氧化物的探索提供了答案。

團隊負責人Torben Daeneke博士說："這種新型的高遷移率p型氧化物填補了材料範圍中的關鍵空白，可以實現快速，透明的電路。"他領導了三個FLEET節點之間的合作。

長期以來人們所追求的基於氧化物的半導體的其他主要優點是它們在空氣中的穩定性，對純度的要求不嚴格，成本低且易於沉積。

Torben說："在我們前進的過程中，缺失的環節是找到正確的'積極'方法。"

一直缺乏積極性

有兩種型別的半導體材料。" N型"材料具有大量帶負電的電子，而" p型"半導體則具有大量帶正電的空穴。

它是互補的n型和p型材料的堆疊，可用於電子裝置，例如二極體，整流器和邏輯電路。

現代生活至關重要地依賴於這些材料，因為它們是每臺計算機和智慧手機的基礎。

氧化物器件的一個障礙是，儘管已知許多高效能的n型氧化物，但仍然嚴重缺乏高質量的p型氧化物。

碲和硒的熔融混合物滾過表面，沉積出原子薄的β-碲酸鹽薄片。

理論促使行動

然而，在2018年，一個計算研究表明，測試碲酸鹽（β-的TeO 2在週期表）可能是一個有吸引力的p型氧化物的候選人，碲特有的地方意味著它可以表現為兩種金屬和非金屬，為其氧化物提供獨特有用的效能。

FLEET副研究員Torben Daeneke博士說："這一預測鼓勵我們的團隊進入RMIT大學探索其性質和應用。"

液態金屬-探索2D材料的途徑

Daeneke博士的團隊透過一種專門開發的依賴於液態金屬化學的合成技術，證明了β-碲石的分離。

共同第一作者Patjaree Aukarasereenont解釋說："製備了碲（Te）和硒（Se）的熔融混合物，並使其在表面上滾動。"

"由於環境空氣中的氧氣，熔融的液滴自然會形成β-碲酸鹽的薄表面氧化物層。當液滴在表面上滾動時，該氧化物層會粘附在其表面，從而以原子方式沉積薄的氧化物片。 "

FLEET博士學位的Aukarasereenont女士解釋說："過程類似於繪圖：您使用玻璃棒作為筆，而液態金屬就是您的墨水。" RMIT的學生。

儘管理想的亞碲酸鹽的β相在低於300°C的溫度下生長，但是純碲具有高於500°C的高熔點。因此，新增硒來設計具有較低熔點的合金，從而使合成成為可能。

"我們獲得的超薄片只有1.5奈米厚-僅對應少數原子。該材料在可見光譜範圍內是高度透明的，帶隙為3.7 eV，這意味著它們在肉眼上基本上是不可見的。" Ali Zavabeti博士。

評估beta-tellite：快100倍

為了評估開發材料的電子效能，製造了場效應電晶體（FET）。

"這些器件顯示出特徵性的p型開關以及高的空穴遷移率（大約140 cm 2 V -1 s -1），表明β-碲石比現有的p型氧化物半導體快十到一百倍。出色的開/關比（超過10 6）也證明了該材料適用於高功率，快速的裝置，" Patjaree Aukarasereenont女士說。

RMIT團隊有透明電子學的Ali Zavabeti，Patjaree Aukarasereenont和Torben Daeneke。

Ali Zavabeti博士說："這些發現彌合了電子資料庫中的一個關鍵差距。"

"擁有我們可以使用的快速，透明的p型半導體有可能徹底改變透明的電子產品，同時還可以實現更好的顯示和改進的節能裝置。"

研究小組計劃進一步探索這種新型半導體的潛力。Torben Daeneke博士說："我們對這種令人興奮的材料的進一步研究將探索與現有和下一代消費電子產品的整合。"

參考資料：

高遷移率的p型半導體的二維β-的TeO 2 發表在Nature Electronics在2021年四月（DOI：10.1038 / s41928-021-00561-5）