Nanotrubkové obvody

Nový výzkum naznačuje, že sítě jednostěnných uhlíkových nanotrubic vytištěných na ohýbatelném plastu fungují dobře jako polovodiče v integrovaných obvodech. Výzkumníci z University of Illinois v Urbana-Champaign (UIUC) a Purdue University , jehož práce se objevují tento týden v Příroda říkají, že tyto sítě nanotrubiček by mohly nahradit organické polovodiče v aplikacích, jako jsou flexibilní displeje.

Rychlé a flexibilní: Integrovaný obvod na tenké plastové desce obsahuje tranzistory vyrobené z jednostěnných sítí uhlíkových nanotrubiček. Sítě na bázi uhlíku konkurují výkonu monokrystalickému křemíku, ale lze je snadno natisknout na plast z roztoku a mají dobré mechanické vlastnosti, které jsou užitečné pro flexibilní elektroniku.

Vývoj flexibilní elektroniky se v poslední době zaměřuje na organické molekuly, protože na rozdíl od křemíku jsou kompatibilní s ohýbatelnými plastovými substráty. Flexibilní elektronika má potenciál v takových aplikacích, jako jsou elektronické noviny s nízkou spotřebou nebo PDA, které se srolují do velikosti a tvaru pera. Problém se stávajícími organickými elektronickými zařízeními je však v tom, že nejsou dobře vyvinuty pro dlouhodobou spolehlivost a fungují mnohem hůře než křemík, říká John A. Rogers, profesor inženýrství na UIUC a spoluautor studie. Příroda papír.

Sítě uhlíkových nanotrubiček na druhé straně kombinují výkon křemíku s flexibilitou organických filmů na plastu. Rogers říká, že rychlost zařízení s nanotrubičkami je srovnatelná s rychlostí komerčně používaných obvodů s monokrystalickým křemíkem. Tranzistory mohou také přepínat mezi stavy zapnuto a vypnuto v rozsahu několika kilohertzů, což je podobný rozsah jako u displejů z tekutých krystalů a snímačů radiofrekvenční identifikace (RFID). Poměr proudu on-off pro uhlíkové nanotrubice je však stále o několik řádů nižší než u křemíkových tranzistorů.

Výzkumníci vytvořili sítě ukládáním nanotrubic na plast standardními tiskovými metodami, což by mohlo vést k levné výrobě ve velkém měřítku. A tištěné obvody se mohou ohýbat do poloměru asi pěti milimetrů, aniž by to ohrozilo elektrický výkon zařízení. Tato metoda je dobrá pro flexibilní elektroniku, která musí být vytištěna na velké ploše, říká Ali Javey , odborný asistent elektrotechniky na Kalifornské univerzitě v Berkeley.

Pomocí techniky nazývané přenosový tisk vědci uložili náhodně zarovnané uhlíkové nanotrubice na 50 mikrometrů silnou fólii z plastu a poté na substrát umístili zlaté elektrody a další součásti obvodu. Protože asi jedna třetina nanotrubiček v jakékoli síti je kovová, což může zkratovat tranzistory, výzkumníci poté vyleptali úzké paralelní čáry skrz síť pomocí měkké litografie. Řezáním nanotrubiček mohou efektivně eliminovat možnost čistě kovové dráhy spojující dvě elektrody při zachování výkonu zařízení.

Než budou sítě nanotrubiček připraveny na skutečné produkty, stále zbývá několik problémů. Zařízení musí být vyrobena tak, aby se výkon od zařízení k zařízení nelišil; miliardy jednotlivých nanotrubiček musí být vyrobeny s vysokou čistotou a správnými rozměry pro optimální výkon. Proces tisku také potřebuje vývoj, říká Jiří Gruner , profesor fyziky na Kalifornské univerzitě v Los Angeles. Gruner navrhuje, že nanotrubice by mohly být rozpuštěny v inkoustu a poté vytištěny na plast. Tato zařízení musí být levná a jednorázová, zejména pro zařízení, jako jsou štítky RFID v obalech potravin, dodává.

Bezprostředním cílem Rogersovy skupiny je pracovat na nižším výkonu a vyšší rychlosti v zařízeních. Chceme posunout hranice, abychom viděli, jak daleko můžeme zajít, říká.

skrýt