Već nekoliko desetljeća istraživači tragaju za novom klasom elektronike, temeljenom na poluvodičkim oksidima, čija bi optička svojstva mogla omogućiti ovu potpuno prozirnu elektroniku. Uređaji temeljeni na oksidu također bi mogli naći uporabu u energetskoj elektronici i komunikacijskoj tehnologiji, smanjujući ugljični otisak komunalnih mreža.

Brzi prozirni krugovi

Istraživači australskog Sveučilišta RMIT vjeruju da su napokon okončali dugotrajnu potragu za p-oksidom visoke pokretljivosti i predstavili su ultratanki beta-telurit, a rezultate njihovog istraživanja objavio je Nature Electronic.

"Ovaj novi p-tip oksida visoke pokretljivosti ispunjava ključnu prazninu u spektru materijala kako bi se omogućili brzi, prozirni krugovi", kaže dr. Torben Daeneke. Ključne prednosti dugo traženih poluvodiča na bazi oksida su njihova stabilnost u zraku, manje strogi zahtjevi čistoće, niski troškovi i lako taloženje.

Postoje dvije vrste poluvodičkih materijala. Materijali 'N-tipa' imaju obilje negativno nabijenih elektrona, dok poluvodiči 'p-tipa' imaju puno pozitivno nabijenih rupa. Slaganje komplementarnih materijala omogućuje elektroničke uređaje poput dioda, ispravljača i logičkih sklopova.

Suvremeni život ovisi o ovim materijalima jer oni čine blokove svakog računala i pametnog telefona. Oksidni uređaji nisu se dosad razvijali jer iako postoje mnogi oksidi n-tipa visokih performansi, značajan je  nedostatak visokokvalitetnih oksida p-tipa.

Postupak nalik crtanju

Međutim, 2018. računska studija otkrila je da bi beta-telurit (β-TeO2) mogao biti atraktivan kandidat za oksid p-tipa; telurij se naime može ponašati i kao metal i kao nemetal. Upravo to je istraživače sa Sveučilišta RMIT i potaklo da prouče njegova svojstva i primjenu.

Istraživači su beta-telurit izolirali posebno razvijenom tehnikom sinteze koja se oslanja na kemiju tekućih metala. Rastopljena smjesa telurija i selena kotrlja se po površini i zahvaljujući kisiku prirodno stvara tanki površinski oksidni sloj beta-telurita. Kako se kapljica tekućine kotrlja po površini, ovaj se oksidni sloj lijepi za nju.

"Postupak je sličan crtanju: staklenu šipku koristite kao olovku, a tekući metal je vaša tinta", objašnjava doktorandica Patjaree Aukarasereenont.

Poželjna β-faza telurita je ispod 300 Celzijevih stupnjeva, dok čisti telur ima visoku točku topljenja, iznad 500 Celzijevih stupnjeva. Stoga se selen dodaje za oblikovanje legure s nižim talištem, što pak omogućava sintezu.

"Dobiveni ultratanki listovi debeli su samo 1,5 nanometara, što odgovara veličini nekoliko atoma. Materijal je bio visoko proziran u vidljivom spektru, s opsegom pojasa od 3,7 eV, što znači da je u osnovi nevidljiv ljudskom oku", objašnjava koautor studije dr. Ali Zavabeti.

Do 100 puta brže

Da bi se procijenila elektronička svojstva razvijenih materijala, proizvedeni su unipolarni tranzistori (FET). Pokazalo se da je beta-telurit deset do sto puta brži od postojećih oksidnih poluvodiča p-tipa. Izvrsni omjer uključivanja i isključivanja, veći od 106, također svjedoči da je materijal pogodan za energetski učinkovite, brze uređaje.

"Na raspolaganju nam je brz, proziran poluvodič p-tipa koji može revolucionirati prozirnu elektroniku, a istovremeno omogućiti bolje zaslone i poboljšane energetski učinkovite uređaje", uvjeren je dr. Zavabeti najavljujući daljnja istraživanja potencijala novog poluvodiča i njegovu integraciju u postojeću i sljedeću generaciju potrošačke elektronike.