Исследователи из Университета штата Северная Каролина разработали первые функциональные оксидные тонкие пленки, которые могут эффективно использоваться в электронике, открывая двери для множества новых мощных устройств и интеллектуальных датчиков. Впервые исследователям удалось создать проводимость с положительным зарядом (p-тип) и отрицательным зарядом (n-тип) в одном оксидном материале, открыв новую эру в оксидной электронике.

Для создания функциональных электронных устройств вам нужны материалы с "p-n переходом", где встречаются положительно заряженные и отрицательно заряженные материалы. Твердотельная кремниевая электроника достигла этого десятилетия назад, но она ограничена мощностью и температурой, которые они могут выдерживать. Оксидные материалы являются привлекательной альтернативой кремнию, поскольку они могут потреблять больше энергии.

Однако попытки соединить различные оксидные материалы p-типа и n-типа ранее сталкивались с проблемами на границе раздела двух материалов - p-n-переход всегда был неэффективным.

"Мы избежали этой проблемы, используя один и тот же материал для проводимости p- и n-типа", - говорит доктор Джей Нараян, профессор материаловедения и инженерии имени Джона К. Фана в штате Северная Каролина и соавтор статьи, описывающей исследование. "Это новая эра в оксидной электронике".

В частности, команда Нараяна использовала лазеры для создания тонких пленок из положительно заряженного оксида никеля (NiO), а затем преобразовала верхний слой этих пленок в n-тип. Поскольку они могли контролировать толщину n-слоя, исследователи смогли контролировать глубину и характеристики p-n перехода. "Эта пространственная и временная селективность обеспечивает беспрецедентный контроль над "записью" p-n-переходов лазерными лучами и создает устройства сверхвысокой плотности для оксидной электроники", - говорит Нараян.

Способствуя развитию оксидной электроники, исследования позволяют создавать множество новых технологий в широком спектре областей. Например, поскольку оксиды могут выдерживать более высокие напряжения, чем электроника на основе кремния, материал может быть использован для создания высоковольтных переключателей для электросети, что позволит передавать больше энергии по существующей инфраструктуре. Аналогичным образом, это позволило бы разработать датчики для использования в условиях более высоких температур, поскольку оксиды более стабильны при высоких температурах.

Оксидная электроника также может быть использована для создания новых датчиков для мониторинга газов, поскольку оксидные материалы могут взаимодействовать с кислородом. Эти датчики могут иметь множество применений, включая тестирование на токсичность воздуха в ситуациях безопасности.

"Эти материалы также прозрачны, - говорит Нараян, - так что это делает возможной прозрачную электронику".

Статья "Контролируемое преобразование проводимости p-типа в n-тип в тонких пленках NiO с помощью ультрафиолетового лазерного излучения" опубликована онлайн в журнале прикладной физики. Статья была написана в соавторстве с Пранавом Гуптой, доктором философии. студент в штате Северная Каролина; Нараян; и доктора. Титас Датта и Сиддхартха Мал, оба бывшие аспиранты университета Северной Каролины, сейчас работают в Intel. Исследование финансировалось Национальным научным фондом.