211service.com
Praktisk nanorørelektronik
Carbon nanorør er et lovende materiale til fremstilling af displaykontrolkredsløb, fordi de er mere effektive end silicium og kan placeres på fleksible overflader. Indtil for nylig har det dog været en omhyggelig proces at lave nanorør til transistorer. Nu har forskere ved University of Southern California demonstreret store, funktionelle arrays af transistorer lavet ved hjælp af simple metoder fra partier af kulstofnanorør, der er relativt urene.
Nanorør array: Dette billede viser en tre-tommer siliciumwafer dækket med en række carbon-nanorør-transistorer. Selvom disse transistorer blev lavet ved hjælp af simple processer ved stuetemperatur, er deres ydeevne god nok til at drive skærmpixel.
Pixels i en computer- eller tv-skærm, uanset om det er en LCD eller plasma, styres hver af flere transistorer. I nutidens enheder er disse transistorer lavet af silicium. Arrays af disse transistorer skal laves ved høje temperaturer og i et vakuum, så de er meget dyre, siger Chongwu Zhou , lektor i elektroteknik ved USC og forsker i nanorør-projektet.
Transistorer er også blevet lavet af kulstof nanorør, men det giver også udfordringer. Mange mennesker bruger et nanorør til at lave en meget lille, højtydende transistor til computerchips, siger Zhou. Men det en-til-en-forhold fungerer ikke for skærme, hvor en stor overflade skal være dækket af transistorer. Hvis vi bruger ét nanorør til én transistor, vil udbyttet aldrig være højt nok til at fungere til storskalafremstilling af storskærme, siger han. Zhou mener, at hans tilgang vil løse dette problem ved at lave større transistorer af måtter af nanorør.
USC-forskerne fremstiller store arrays af kulstof-nanorørtransistorer ved hjælp af opløsningsbehandlingsteknikker ved stuetemperatur. De starter med at placere en siliciumwafer i et kemisk bad for at belægge dens overflade med et kemikalie, der tiltrækker nanorør, og skyll derefter resten af. Den behandlede wafer nedsænkes derefter i en opløsning af halvledende kulstofnanorør, som tiltrækkes af dens overflade. Vaflen, nu belagt med et tæppe af nanorør, skylles ren igen. For at lave transistorer fra dette sammenfiltrede rod satte forskerne metalelektroder ned på udvalgte steder. Elektroderne definerer, hvor hver transistor er, og fører elektroner ind og ud af nanorørene, der ligger mellem dem. Områder af silicium, der ligger til grund for hver enhed, fungerer som transistorernes porte. Indtil videre har de bygget en prototypeenhed på en fire-tommer siliciumwafer og brugt den til at styre en simpel organisk lysdiodeskærm. Dette arbejde er beskrevet online i tidsskriftet Nano bogstaver .
Andre forskere har lavet transistorer fra nanorør-tæpper ved hjælp af opløsningsbehandling, men disse projekter startede fra blandinger af ledende og halvledende nanorør, hvilket førte til meget dårlig ydeevne. Og i slutningen af sidste år brugte forskere ved IBM og Northwestern University højrensede halvledende nanorør til at lave transistorarrays med højere ydeevne, hvor alle nanorørene er opstillet i næsten lige linjer, hvilket forbedrer deres elektriske egenskaber.
Betydningen af USC-arbejdet er, at det viser, at arrays lavet af kun 95 procent halvledende nanorør, der ikke er justeret, stadig har god nok ydeevne til skærme, siger Zhou.
Det er første gang nogen har vist opløsningsdeponerede, rensede halvledende rør til transistorer af høj kvalitet, siger John Rogers , professor i materialevidenskab og teknik ved University of Illinois i Urbana-Champaign. Resultatet er integrationen af flere lovende tilgange til at demonstrere en fuld sekvens til fremstilling af elektronik.
Nu hvor hans gruppe har demonstreret gennemførligheden af disse teknikker, siger Zhou, arbejder den på at bygge en virkelig integreret organisk LED-skærm, der er fleksibel og gennemsigtig. Et sådant display kan rulles sammen, så det passer i en lomme, eller monteres på en bilforrude for at vise information til føreren. Det første skridt er at fjerne det stive silicium. Fordi nanorørene kan lægges ned ved stuetemperatur, kan USC-forskerne bygge dem på elektrisk aktive plastikplader, der ikke kan tåle høje temperaturer. De arbejder også på at erstatte de stive metalelektroder med en belægning af indiumtinoxid, et almindeligt anvendt, fleksibelt, gennemsigtigt elektrodemateriale. I deres prototype er de organiske LED-pixel forbundet til transistor-arrayet med ledninger; for at integrere dem bliver de nødt til at finde på metoder til at bygge LED'erne oven på kontrolkredsløbet.
Zhou siger, at han taler med displayvirksomheder om kommercialisering af disse metoder. Den koreanske skærmgigant LG har vist interesse for kulstof-nanorørelektronik, og IBM-forskere har udgivet om emnet. Det eneste firma, der hidtil er kommet ud med et elektronisk produkt med nanorør, er Menlo Park, CA-startup Unidym , som laver elektroder af materialet.
Forskere på området har talt om nanorør-skærme i årevis, og holdup, siger Mark Hersam fra Northwestern University, har været manglen på et stort nok udbud af halvledende kulstofnanorør. I 2006 udviklede materialevidenskabsprofessor Hersam en simpel metode til at rense nanorør baseret på deres egenskaber ved at centrifugere dem i en sæbeopløsning. Han grundlagde derefter et firma, kaldet NanoIntegris , som har leveret halvledende nanorør til grupper, herunder Zhou'er og forskerholdet hos IBM. Et nystiftet firma i Kina og et i Japan leverer også de halvledende nanorør, der er nødvendige for at lave transistor-arrays til at styre skærme.
Med denne forsyning på plads, siger Hersam, er det kun et spørgsmål om tid, før en virksomhed kommer ud med et produkt, uanset om det er lavet ved hjælp af en metode som Zhou's eller en anden metode. Jeg er overbevist om, at der vil være en række produkter inden for en overskuelig fremtid, siger Hersam. Det er et spørgsmål om at gå fra prototyping til marked.