211service.com
Průlom v nanotrubičkových tranzistorech
Řízení růstu uhlíkových nanotrubiček na velkých plochách je zásadní pro výrobu tranzistorů s dostatečným proudovým výstupem a konzistentními vlastnostmi pro použití v elektronických obvodech. Ve významném pokroku směrem k takové elektronice založené na nanotrubičkách výzkumníci z University of Illinois v Urbana Champaign (UIUC) vypěstovali řady dokonale zarovnaných uhlíkových nanotrubic na křemenném krystalu a použili tato pole k výrobě tranzistorů. Elektrody v těchto tranzistorech ohraničují řady nanotrubiček, takže tisíce nanotrubiček přemosťují elektrody a zvyšují proud.
Elektronkové tranzistory: Výzkumníci z University of Illinois v Urbana Champaign vyvinuli techniku pro pěstování tisíců uhlíkových nanotrubiček (na tomto barevném rastrovacím elektronovém mikrosnímku zobrazeny modrou a bílou barvou). Vědci ukládají elektrody (znázorněné zlatem) na dvě strany nanotrubkových polí, aby vytvořili tranzistory, které mají stovky nanotrubic přemosťujících elektrody.
V Příroda Nanotechnologie papíru, výzkumníci v čele s John Rogers , profesor materiálové vědy a inženýrství na UIUC, prokázali tranzistory vyrobené s přibližně 2 000 nanotrubičkami, které mohou přenášet proudy o velikosti jednoho ampéru – tisíckrát více, než je proud možný s jednotlivými nanotrubičkami. Vědci také vyvinuli techniku pro přenos polí nanotrubiček na jakýkoli substrát, včetně křemíku, plastu a skla.
Nanotrubkové tranzistory by mohly být použity ve flexibilních displejích a elektronickém papíru. Vzhledem k tomu, že uhlíkové nanotrubice mohou přenášet proud mnohem vyšší rychlostí než křemík, mohla by být zařízení také použita ve vysokorychlostních radiofrekvenčních (RF) komunikačních systémech a identifikačních štítcích. Ve skutečnosti výzkumný tým spolupracuje s Northrop Grumman na využití této technologie v RF komunikačních zařízeních, říká Rogers.
Doposud výroba tranzistorů s více uhlíkovými nanotrubičkami znamenala ukládání elektrod na síťové vrstvy nezarovnaných uhlíkových nanotrubic, říká Rogers. Ale protože se náhodně uspořádané uhlíkové nanotrubice vzájemně kříží, při každém křížení narážejí proudící náboje na odpor, který snižuje proud zařízení. Dokonale zarovnané pole tento problém řeší, protože neexistují absolutně žádné překrývající se spoje trubek a trubek, říká Rogers.
Výzkumný tým vyrábí pole vzorováním tenkých proužků železného katalyzátoru na křemenných krystalech a poté pěstováním uhlíkových nanotrubic o šířce nanometrů podél těchto proužků pomocí konvenčního nanášení uhlíkových par. Krystal křemene zarovná nanotrubice. Poté mohou vědci vyrobit tranzistory nanesením zdrojových, kolektorových a hradlových elektrod pomocí konvenční fotolitografie.
Podle vědců dosud nebyli schopni vypěstovat dobře zarovnaná pole nanotrubiček Robert Hauge , profesor chemie, který studuje uhlíkové nanotrubice na Rice University. Skutečně, zarovnání již není stopkou, říká Ali Javey , odborný asistent elektrotechniky a počítačových věd na Kalifornské univerzitě v Berkeley.
Vytvořit dobře uspořádané pole, ve kterém jsou paralelní nanotrubice připojeny mezi zdrojovou a odvodňovací elektrodu, je velký úspěch, říká Richard Martel , profesor chemie na univerzitě v Montrealu. Nová práce umožňuje skutečné srovnání mezi nanotrubkovými tranzistory a křemíkovými tranzistory, protože řada nanotrubiček dává planární strukturu podobnou křemíkovým zařízením, říká. Udělali přesně to, co bylo potřeba udělat, a je to významný krok.
Výzkumníci vyrobili a otestovali stovky nanotrubicových tranzistorů a zjistili, že zařízení mají konzistentní elektrické vlastnosti, i když se vlastnosti každé nanotrubice v zařízení mohou mírně lišit. V každém zařízení funguje tak velké množství trubic, že existuje statistický průměrný efekt, říká Rogers.
Vlastnosti nanotrubic se navíc nemění, i když jsou přeneseny na plasty nebo jiné substráty. [Tuby] jsou fyzicky zvednuty z křemene a poté vytištěny na cílovém substrátu tak, aby to nenarušilo polohu a orientaci nanotrubiček, říká Rogers. Kvůli tomuto procesu přenosu říká, že pole by mohla být integrována s výrobou křemíku, aby se vytvořily obvody s propojenými nanotrubičkami a křemíkovými zařízeními – nanotrubičková zařízení by mohla zvládnout vysokorychlostní operace obvodu. K výrobě takového čipu by bylo potřeba pouze přenést pole nanotrubiček na křemíkový plátek na začátku výroby. Jakmile je to hotovo, bylo možné přidat křemíkové zařízení. Ani o nich neuvažujete jako o trubkách, říká Roger. Ve skutečnosti je to tenkovrstvý jednotný substrát a vy jen zpracováváte.
Prozatím budou nové tranzistory užitečné pro větší elektronické obvody, jako jsou ty ve flexibilních displejích a RF čipech, ale aby mohly být použity ve vysoce výkonné elektronice, jako jsou počítačové čipy, zařízení potřebují mnohem lepší strukturu a geometrii, říká Javey. Zařízení by například musela být mnohem menší, než jsou nyní: tranzistory jsou v současnosti dlouhé a široké desítky mikrometrů.
Aby bylo možné vyrobit menší zařízení, tým UIUC pracuje na tom, aby byla pole hustší. Právě teď je vzdálenost mezi sousedními trubicemi 100 nanometrů, ale teoreticky by toto oddělení mohlo klesnout pouze na jeden nanometr, aniž by to ovlivnilo elektrické vlastnosti, říká Martel.
Další klíčovou oblastí, která potřebuje práci, je nalezení efektivního způsobu výroby zařízení pouze s polovodičovými nanotrubičkami, říká Rogers. Obvykle je třetina nanotrubiček v jakékoli pěstované šarži kovová, což způsobuje, že tranzistorem protéká malý proud, i když je vypnutý. Vědci používají běžný trik, jak se zbavit kovových trubek: vypněte tranzistor a použijte vysoké napětí, které kovové trubice vyhodí. Ale aby vyrobili kvalitní tranzistory ve větším měřítku, museli by najít lepší způsob, jak se zbavit kovových elektronek nebo selektivně pěstovat polovodičové elektronky. To je podle Javeyho poslední velký klíč pro výrobu nanotrubicové elektroniky.