全透明電晶體問世 在眼鏡上嵌電視屏幕

2020-11-22 慧聰網廣電行業頻道

    利用氧化銦納米線製成的全透明電晶體被成排加工到一張塑料極板上(圖中紅線標出了電晶體區域)。珀杜大學和西北大學研究員們製作的電晶體為今後生產出更明亮、可彎曲的和全透明顯示屏奠定了基礎。

    現在,有許多手機和數位相機都使用了有機電致發光顯示屏(OLED)顯示器。但是OLED顯示器廠商們預計以後一定會出現面積更大、可彎曲的、完全透明的OLED顯示器。他們想像著可以在遮陽板和汽車擋風玻璃上看見明亮的地圖,在眼鏡片上嵌入電視屏幕以及生產出可以捲起的透明電腦顯示屏。雖然OLED顯示屏本身是透明的,但是為了得到清晰的顯示效果,那些控制著每個顯示器OLED或者像素的電晶體也必須是透明的。

    珀杜大學和西北大學的研究員們現在已經利用氧化鋅和氧化銦納米線生產出了可彎曲的、透明電晶體。相反,現在顯示器中所用的非晶體或者多晶矽電晶體是不透明的。新型電晶體的性能也比過去的矽制電晶體性能更好,更容易在可彎曲的塑料材質上生產。

    珀杜大學的電子工程教授和計算機工程教授大衛珍妮說,電晶體可以讓OLED顯示器更加明亮和透明。在OLED顯示器周圍配置傳統的不透明電晶體電路時,顯示器上的許多部分都不會發光。但是珍妮說,如果在像素下方或者上方配置透明的電晶體,顯示器的發光面積就會增大。

    在生產那種電晶體時,珍妮和他的同事首先在玻璃或者塑料中放入了一個氧化銦鋅柵電極,然後在表面採用納米線解決方案。當納米線校直之後,他們就在納米線兩端放入氧化銦錫製成的源極和漏極。氧化銦鋅和氧化銦錫都是透明材料。

    納米線電晶體擁有高電子遷移率,它是決定電晶體運行速度以及它可以傳送多大電流的關鍵因素。實際上,它的流動性比非晶矽製成的電晶體要強幾百倍。現在顯示器中所用的許多電子設備普遍都使用的是非晶矽製成的電晶體。因此,珍妮說電晶體可以做得更小、更快一些。他說,電晶體的體積縮小就意味著更大的像元面積。另外,納米線電晶體也比矽電晶體更容易在塑料材質上製作,因為它不需要進行高溫處理。

    研究組們最近已經利用氧化鋅或者氧化銦薄膜或者碳納米管制成了透明的電晶體。那些技術都存在一定的問題。雖然碳納米管電晶體的電子遷移率更高,更耐用,但是它們不是完全透明的,因為它們需要用很小的金屬接觸點來將納米管與電極連接起來。另一方面,薄膜電晶體更容易在各種材質的表面上生產,但是它的流動性要差很多。

    俄勒岡大學從事透明電子學研究的電子工程和電腦工程學教授約翰維格說,新款電晶體在電子流動性、可彎曲性和透明度上的性能是相當強的。他說,現在剩下的最大的問題是這些技術能否轉換成為現實世界的可生產性?

    現在,還無法控制納米線在表面中的位置和它們排列的方式。維格說:「在試驗過程中,你投入了2000多條納米線,希望有一條可以處於你希望的方向上。但是,除非是用來製作大顯示器的電晶體,否則隨機性投入納米線的方法是行不通的。」

    珍妮說,實際上你不得不採取某些措施讓納米線處在你所希望的地方。在這方面,生產透明電晶體的納米線、薄膜和碳納米管等三種生產技術都比傳統矽電晶體技術要強一些。

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