Circuitos eletrônicos de alto desempenho feitos inteiramente de materiais transparentes podem ter inúmeras aplicações, de head-up displays em pára-brisas de carros a aparelhos de TV transparentes e janelas inteligentes em residências e escritórios. Pesquisadores da KAUST descobriram uma maneira de fazer transistores transparentes e outros componentes essenciais de circuitos eletrônicos usando materiais baratos e prontamente disponíveis e uma técnica de fabricação simples1.

Óxido de índio e estanho (ITO) é o material atualmente escolhido para a eletrônica porque combina transparência óptica com condutividade elétrica. Seu uso varia de telas de smartphones sensíveis ao toque a painéis solares de captação de luz. O índio está em falta, Contudo, e conforme aumenta a demanda por dispositivos contendo ITO, o mesmo acontece com o preço do índio.

Uma alternativa promissora de ITO de baixo custo é um material transparente conhecido como óxido de zinco dopado com alumínio (AZO).

“Os elementos que compõem este material são mais abundantes que o índio, tornando AZO uma opção comercialmente sensata, "disse o professor Husam Alshareef da Divisão de Ciências Físicas e Engenharia da KAUST, que também liderou a pesquisa." No entanto, dispositivos eletrônicos feitos com AZO têm tradicionalmente mostrado desempenho inferior aos dispositivos feitos com ITO. "

Para superar essa limitação, Alshareef e sua equipe de pesquisa usaram uma tecnologia de alta precisão chamada deposição de camada atômica, um processo no qual o circuito é formado por uma única camada de átomos por vez. Os vapores voláteis de alumínio e zinco na forma de trimetil alumínio e dietil zinco foram introduzidos alternadamente no substrato transparente, onde eles aderem à superfície em uma única camada antes de reagir in situ para formar AZO.

"Usar a deposição da camada atômica para aumentar todas as camadas ativas simplifica o processo de fabricação do circuito e melhora significativamente o desempenho do circuito, controlando o crescimento da camada na escala atômica, "Alshareef explicou.

Para muitos dispositivos eletrônicos, o principal componente é o transistor de filme fino. Quando combinados em grande número, esses dispositivos permitem que os computadores façam cálculos, unidade exibe e atua como sensores ativos. Alshareef usou um material transparente chamado óxido de háfnio que foi ensanduichado entre camadas de óxido de zinco para formar os transistores altamente estáveis ​​usados ​​para fabricar os circuitos transparentes.

"Nossas propriedades de transistor são as melhores relatadas até agora para transistores totalmente transparentes usando contatos AZO, "disse o estudante de doutorado Zhenwei Wang, que realizou grande parte do trabalho experimental.

Outra vantagem da abordagem de Alshareef é que a deposição da camada atômica requer apenas uma temperatura de 160 graus Celsius para formar cada camada, que é baixo o suficiente para que o circuito transparente seja formado em substratos de plástico flexível, bem como em vidro rígido.