211service.com
Izrāviens nanocaurules tranzistoros
Oglekļa nanocauruļu augšanas kontrole lielās virsmās ir būtiska, lai izveidotu tranzistorus ar pietiekamu strāvas jaudu un konsekventām īpašībām izmantošanai elektroniskajās shēmās. Ievērojami virzoties uz šādu uz nanocaurulēm balstītu elektroniku, Ilinoisas Universitātes Urbana Champaign (UIUC) pētnieki uz kvarca kristāla ir izaudzējuši perfekti saskaņotu oglekļa nanocauruļu rindas un izmantojuši šos blokus tranzistoru izgatavošanai. Šo tranzistoru elektrodi robežojas ar nanocauruļu rindām tā, ka tūkstošiem nanocauruļu savieno elektrodus, palielinot strāvu.
Caurules tranzistori: Pētnieki Ilinoisas Universitātē Urbana Champaign ir izstrādājuši paņēmienu tūkstošiem oglekļa nanocauruļu audzēšanai (šajā krāsainajā skenējošajā elektronu mikrogrāfijā parādīts zilā un baltā krāsā). Pētnieki nogulda elektrodus (parādīti zeltā) divās nanocauruļu bloku pusēs, lai izveidotu tranzistorus, kuriem ir simtiem nanocauruļu, kas savieno elektrodus.
Iekšā Dabas nanotehnoloģijas papīrs, pētnieki, kuru vadīja Džons Rodžerss , UIUC materiālu zinātnes un inženierzinātņu profesors, ir demonstrējuši tranzistorus, kas izgatavoti no aptuveni 2000 nanocaurulēm, kas var pārvadāt viena ampēra lielumu — tūkstošiem reižu lielāku strāvu, nekā iespējams ar atsevišķām nanocaurulēm. Pētnieki ir arī izstrādājuši paņēmienu nanocauruļu bloku pārvietošanai uz jebkura substrāta, ieskaitot silīciju, plastmasu un stiklu.
Nanocauruļu tranzistorus varētu izmantot elastīgos displejos un elektroniskā papīrā. Tā kā oglekļa nanocaurules var pārvadāt strāvu ar daudz lielāku ātrumu nekā silīcijs, ierīces var izmantot arī ātrgaitas radiofrekvences (RF) sakaru sistēmās un identifikācijas tagos. Faktiski pētniecības grupa sadarbojas ar Northrop Grumman, lai izmantotu tehnoloģiju RF sakaru ierīcēs, saka Rodžers.
Līdz šim tranzistoru izgatavošana ar vairākām oglekļa nanocaurulēm nozīmēja elektrodu nogulsnēšanu uz nesaskaņotu oglekļa nanocauruļu sietam līdzīgiem slāņiem, saka Rodžerss. Bet, tā kā nejauši sakārtotās oglekļa nanocaurules krustojas viena ar otru, katrā krustojumā plūstošie lādiņi saskaras ar pretestību, kas samazina ierīces strāvu. Ideāli izlīdzinātais masīvs atrisina šo problēmu, jo nav absolūti nekādu cauruļu pārklāšanās savienojumu, saka Rodžerss.
Pētnieku grupa veido blokus, veidojot plānas dzelzs katalizatora sloksnes uz kvarca kristāliem un pēc tam audzējot nanometru platas oglekļa nanocaurules gar šīm sloksnēm, izmantojot parasto oglekļa tvaiku pārklāšanu. Kvarca kristāls izlīdzina nanocaurules. Pēc tam pētnieki var izgatavot tranzistorus, uzklājot avota, kanalizācijas un vārtu elektrodus, izmantojot parasto fotolitogrāfiju.
Saskaņā ar teikto pētnieki līdz šim nav spējuši izaudzēt labi izlīdzinātus nanocauruļu blokus Roberts Hauge , ķīmijas profesors, kurš pēta oglekļa nanocaurules Rīsa universitātē. Patiešām, izlīdzināšana vairs nav uzskatāma, saka Ali Džeivijs , elektrotehnikas un datorzinātņu docents Kalifornijas Universitātē Bērklijā.
Liels sasniegums ir izveidot labi sakārtotu masīvu, kurā paralēlas nanocaurules ir savienotas starp avota un drenāžas elektrodiem. Ričards Martels , Monreālas universitātes ķīmijas profesors. Viņš saka, ka jaunais darbs ļauj patiesi salīdzināt nanocauruļu tranzistorus un silīcija tranzistorus, jo nanocauruļu masīvs rada plakanu struktūru, kas līdzīga silīcija ierīcēm. Viņi izdarīja tieši to, kas bija jādara, un tas ir nozīmīgs solis.
Pētnieki izgatavoja un pārbaudīja simtiem nanocaurules tranzistoru, un viņi atklāja, ka ierīcēm ir nemainīgas elektriskās īpašības, lai gan katras nanocaurules īpašības ierīcē var nedaudz atšķirties. Rodžers saka, ka katrā ierīcē darbojas tik daudz cauruļu, ka ir statistisks vidējā rādītāja efekts.
Turklāt nanocauruļu īpašības nemainās pat tad, ja tās tiek pārnestas uz plastmasu vai citiem substrātiem. [] caurules tiek fiziski paceltas no kvarca un pēc tam uzdrukātas uz mērķa substrāta, lai tas netraucētu nanocauruļu stāvokli un orientāciju, saka Rodžerss. Šī pārsūtīšanas procesa dēļ viņš saka, ka masīvus varētu integrēt ar silīcija ražošanu, lai izveidotu ķēdes ar savstarpēji savienotām nanocaurulēm un silīcija ierīcēm – nanocaurules ierīces varētu apstrādāt ķēdes ātrgaitas darbības. Lai izgatavotu šādu mikroshēmu, ražošanas sākumā nanocauruļu bloki būtu jāpārnes uz silīcija plāksni. Kad tas ir izdarīts, varētu pievienot silīcija ierīces. Jūs pat nedomājat par tiem kā caurulēm, saka Rodžers. Faktiski tas ir plānslāņa viendabīgs substrāts, un jūs vienkārši veicat apstrādi.
Pagaidām jaunie tranzistori būs noderīgi lielākām elektronikas shēmām, piemēram, elastīgiem displejiem un RF mikroshēmām, taču, lai tos izmantotu augstas veiktspējas elektronikā, piemēram, datoru mikroshēmās, ierīcēm ir nepieciešama daudz labāka struktūra un ģeometrija, saka Džeivijs. Piemēram, ierīcēm vajadzētu būt daudz mazākām nekā tagad: tranzistori pašlaik ir desmitiem mikrometru gari un plati.
Lai izveidotu mazākas ierīces, UIUC komanda strādā pie tā, lai bloki būtu blīvāki. Šobrīd attālums starp blakus esošajām caurulēm ir 100 nanometri, taču teorētiski šī atdalīšana varētu samazināties tikai līdz vienam nanometram, neietekmējot elektriskās īpašības, saka Martels.
Vēl viena svarīga joma, kurā jāstrādā, ir atrast efektīvu veidu, kā izgatavot ierīces, kurās ir tikai pusvadītāja nanocaurules, saka Rodžerss. Parasti trešā daļa nanocauruļu jebkurā audzētajā partijā ir metāliskas, kas izraisa nelielas strāvas plūsmas caur tranzistoru pat tad, kad tas ir izslēgts. Pētnieki izmanto izplatītu triku, lai atbrīvotos no metāla caurulēm: izslēdziet tranzistoru un pieslēdziet augstu spriegumu, kas izpūš metāla caurules. Bet, lai ražotu labas kvalitātes tranzistorus plašākā mērogā, tiem būtu jāatrod labāks veids, kā atbrīvoties no metāla caurulēm vai selektīvi audzēt pusvadītāju caurules. Tā, pēc Džeivija domām, ir pēdējā lielā atslēga nanocauruļu elektronikas izgatavošanai.