211service.com
Et gennembrud inden for nanorørtransistorer
Styring af væksten af kulstofnanorør over store overfladearealer er afgørende for at lave transistorer med tilstrækkelig strømudgang og konsistente egenskaber til brug i elektroniske kredsløb. I et betydeligt fremskridt i retning af en sådan nanorør-baseret elektronik har forskere ved University of Illinois i Urbana Champaign (UIUC) dyrket rækker af perfekt afstemte kulstofnanorør på kvartskrystal og brugt disse arrays til at lave transistorer. Elektroderne i disse transistorer grænser op til nanorørrækkerne, så tusindvis af nanorør slår bro mellem elektroderne og øger strømmen.
Rørtransistorer: Forskere ved University of Illinois i Urbana Champaign har udviklet en teknik til at dyrke tusindvis af kulstofnanorør (vist i blåt og hvidt i denne farvede scanningselektronmikrograf). Forskerne afsætter elektroder (vist i guld) på to sider af nanorør-arrays for at skabe transistorer, der har hundredvis af nanorør, der danner bro mellem elektroderne.
I en Natur nanoteknologi papir, forskerne, ledet af John Rogers , en professor i materialevidenskab og ingeniørvidenskab ved UIUC, har demonstreret transistorer lavet med omkring 2.000 nanorør, som kan bære strømme på en ampere - tusindvis af gange mere end den nuværende mulige med enkelte nanorør. Forskerne har også udviklet en teknik til at overføre nanorør-arrays til ethvert substrat, inklusive silicium, plastik og glas.
Nanorørtransistorerne kunne bruges i fleksible skærme og elektronisk papir. Fordi kulstof nanorør kan bære strøm ved meget højere hastigheder end silicium, kan enhederne også bruges i højhastigheds radiofrekvens (RF) kommunikationssystemer og identifikationsmærker. Faktisk arbejder forskerholdet sammen med Northrop Grumman om at bruge teknologien i RF-kommunikationsenheder, siger Rogers.
Indtil nu betød fremstilling af transistorer med flere kulstofnanorør at afsætte elektroder på mesh-lignende lag af ujusterede kulstofnanorør, siger Rogers. Men da de tilfældigt arrangerede kulstofnanorør krydser hinanden, står strømmende ladninger ved hver krydsning over for en modstand, som reducerer enhedens strøm. Det perfekt justerede array løser dette problem, fordi der absolut ikke er nogen rør-rør-overlapningsforbindelser, siger Rogers.
Forskerholdet laver arrays ved at mønstre tynde strimler af en jernkatalysator på kvartskrystaller og derefter dyrke nanometer brede kulstofnanorør langs disse strimler ved hjælp af konventionel kulstofdampaflejring. Kvartskrystallen justerer nanorørene. Derefter kan forskerne lave transistorer ved at afsætte source-, dræn- og gate-elektroder ved hjælp af konventionel fotolitografi.
Forskere har ikke været i stand til at dyrke velafstemte nanorør-arrays indtil nu, ifølge Robert Hauge , en kemiprofessor, der studerer kulstofnanorør ved Rice University. Faktisk er tilpasning ikke længere en showstopper, siger Ali Javey , en assisterende professor i elektroteknik og computervidenskab ved University of California, Berkeley.
At lave et velordnet array, hvor parallelle nanorør er forbundet mellem source- og drænelektroderne, er en stor bedrift, siger Richard Martel , en kemiprofessor ved University of Montreal. Det nye arbejde tillader en sand sammenligning mellem nanorørtransistorer og siliciumtransistorer, fordi en række nanorør giver en plan struktur, der ligner siliciumenheder, siger han. De gjorde præcis, hvad der skulle gøres, og det er et vigtigt skridt.
Forskerne lavede og testede hundredvis af nanorørtransistorer, og de fandt ud af, at enhederne har ensartede elektriske egenskaber, selvom egenskaberne for hvert nanorør i en enhed kan variere lidt. Der er et så stort antal rør i drift i hver enhed, at der er en statistisk gennemsnitseffekt, siger Rogers.
Desuden ændres nanorørenes egenskaber ikke, selvom de overføres til plast eller andre substrater. [Rørene] løftes fysisk af kvarts og printes derefter ned på målsubstratet, så det ikke forstyrrer positionen og orienteringen af nanorørene, siger Rogers. På grund af denne overførselsproces siger han, at arrays kunne integreres med siliciumfremstilling for at lave kredsløb med indbyrdes forbundne nanorør- og siliciumenheder - nanorørenhederne kunne håndtere kredsløbets højhastighedsoperationer. For at lave sådan en chip behøver man kun at overføre nanorør-arrays til siliciumwaferen i begyndelsen af fremstillingen. Når det er gjort, kunne man tilføje siliciumenheder. Man tænker ikke engang på dem som rør, siger Roger. Faktisk er det et tyndfilms ensartet substrat, og du laver bare din forarbejdning.
Indtil videre vil de nye transistorer være nyttige til større elektronikkredsløb såsom dem i fleksible skærme og RF-chips, men for at blive brugt i højtydende elektronik som computerchips har enhederne brug for en meget bedre struktur og geometri, siger Javey. For eksempel skulle enhederne være meget mindre, end de er nu: Transistorerne er i øjeblikket titusinder af mikrometer lange og brede.
For at lave mindre enheder arbejder UIUC-teamet på at gøre arrays tættere. Lige nu er afstanden mellem tilstødende rør 100 nanometer, men teoretisk set kan denne adskillelse gå ned til kun én nanometer uden at påvirke de elektriske egenskaber, siger Martel.
Et andet nøgleområde, der kræver arbejde, er at finde en effektiv måde at lave enheder med kun halvledende nanorør, siger Rogers. Typisk er en tredjedel af nanorørene i enhver dyrket batch metalliske, hvilket får en lille strøm til at flyde gennem en transistor, selv når den er slukket. Forskerne bruger et almindeligt trick for at slippe af med metalliske rør: Sluk for en transistor og påfør en højspænding, der blæser metalrørene ud. Men for at lave transistorer af god kvalitet i større skala, ville de være nødt til at finde en bedre måde at slippe af med metalliske rør eller selektivt dyrke halvledende rør. Det er ifølge Javey den sidste store nøgle til at lave nanorørelektronik.