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2021/04/16
科幻電影裡的透明手機不是夢！透明電子產品真的來襲了！
在一些科幻電影中，出現過透明的手機、電子產品，你是否覺得這些東西只能活在科幻中？如今，藉著新一代材料的光學透明度，能使電子產品具有未來感、靈活性和透明度，本文來帶你一窺究竟吧！
填補材料領域中的重要空白
根據透明電子產品的新研究，這種透視裝置有可能被集成在玻璃、柔性顯示器和智慧隱形眼鏡中，使那些看起來像科幻小說才有的未來型設備，成為現實中垂手可及的產物。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，其光學透明度可以使這些電子產品完全透明。基於氧化物的設備還可以用於電力電子和通信技術，從而減少公用事業網絡的碳足跡。現在，由RMIT領導的一個團隊，將超薄β-碲酸鹽引入2D半導體材料系列，為這種長達數十年的高遷移率p型氧化物的研究提供了答案。
團隊負責人Torben Daeneke博士表示，這種新型高流動性p型氧化物填補了材料領域中的一個重要空白，實現了快速、透明的電路。而長久以來受到追捧的氧化物半導體，其優點主要為︰在空氣中的穩定性、純度要求較低、成本低廉且易於沉積。Torben說：「在我們前進之前，缺少的環節是找到正確的、『積極』的方法。」
一直缺乏的積極性
半導體材料有兩種類型——N型材料具有豐富的負電荷電子，而p型半導體則具有大量正電荷的電洞，兩種材料的結合成為了二極管和整流器之類的設備。
熔融的鈦和氦混合物在表面上滾動，沉積出一層原子厚度的β-碲酸鹽
現代生活極其依賴這些材料，因為它們是每台電腦和智慧手機的組成部分。一直以來，氧化物裝置存在著一個障礙——儘管已經發現了許多高性能的n型氧化物，但仍然嚴重缺乏高品質的p型氧化物。
理論促使行動
在2018年的一項計算研究顯示，β-碲酸鹽可能是有吸引力的p型氧化物候選物，這在元素週期表中具有特殊的位置，意味著它可以同時充當金屬和非金屬，為其氧化物提供獨特的實用性質。而這個發現帶給Torben Daeneke博士團隊探索它的特性和應用的行動力。
液態金屬——探索2D材料的途徑
Daeneke博士的團隊通過一種依靠液態金屬化學技術專門開發的合成技術，證明了β-碲酸鹽的分離。其團隊製備了碲（Te）和硒（Se）的熔融混合物，使其在表面上滾動，而由於環境空氣中的氧氣，熔融的液滴自然形成一層薄薄的氧化物層β-碲酸鹽，當液滴在表面上滾動時，這種氧化物層會黏附在上面，並順勢沉積出一層薄薄的氧化物。研究人員如此形容︰「整個過程就跟畫畫差不多，當你使用玻璃棒作為筆，液態金屬就是你的墨水。」
圖為RMIT團隊，中間的研究人員雙手手持的便是透明電子產品。
雖然理想的β-碲酸鹽生長在300°C下，但純碲的熔點很高，超過500°C。因此在設計熔點較低的合金時添加了硒，才能實現合成。該團隊博士解釋，他們獲得的氧化物只有1.5奈米厚，相當於幾個原子的厚度，因此該材料在可見的光譜範圍中具高度透明性，帶隙為3.7eV，這意味著它們基本上是肉眼不可視的。
評估碲酸鹽測試數據：速度可快達100倍
為了評估已開發材料的電子性能，該團隊製造了場效應晶體管（FET）。這些設備顯示出典型的p型開關以及高遷移率(大約140 cm2V-1s-1)，表明β-碲酸鹽比現有的p型氧化物半導體快10到100倍，其優異的開/關比(超過106)也證明了這種材料適用於節能、快速的設備。
團隊博士聲稱，這些發現填補了電子材料庫的一個重要空白，因為擁有一種快速、透明的p型半導體，有可能給透明電子產品帶來革命性的變化，同時更能實現更好的顯示器和改進節能設備。該團隊計劃進一步探索這種新型半導體的潛力，Torben Daeneke博士說：「我們對這種令人振奮的材料作進一步研究，探索現有和下一代消費電子產品的集成。」
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