211service.com
Nanovamzdinių tranzistorių proveržis
Anglies nanovamzdelių augimo dideliuose plotuose kontrolė yra labai svarbi norint sukurti tranzistorius, turinčius pakankamai srovės išėjimo ir nuoseklių savybių, skirtų naudoti elektroninėse grandinėse. Siekdami reikšmingos pažangos link tokios nanovamzdelių pagrindu pagamintos elektronikos, Ilinojaus universiteto Urbana Champaign (UIUC) mokslininkai ant kvarco kristalo išaugino idealiai suderintų anglies nanovamzdelių eiles ir panaudojo šias matricas tranzistoriams gaminti. Šių tranzistorių elektrodai ribojasi su nanovamzdelių eilėmis taip, kad tūkstančiai nanovamzdelių sujungtų elektrodus, padidindami srovę.
Vamzdžių tranzistoriai: Ilinojaus universiteto (Urbana Champaign) mokslininkai sukūrė metodą, leidžiantį išauginti tūkstančius anglies nanovamzdelių (parodyta mėlyna ir balta spalva šiame spalvotame skenuojančiame elektronų mikrografijoje). Mokslininkai nudeda elektrodus (parodytus auksu) dviejose nanovamzdelių matricų pusėse, kad sukurtų tranzistorius, turinčius šimtus nanovamzdelių, jungiančių elektrodus.
A Gamtos nanotechnologijos tyrėjai, vadovaujami Džonas Rodžersas UIUC medžiagų mokslo ir inžinerijos profesorius, pademonstravo tranzistorius, pagamintus iš maždaug 2000 nanovamzdelių, kurie gali nešti vieno ampero srovę – tūkstančius kartų didesnę, nei įmanoma naudojant pavienius nanovamzdelius. Tyrėjai taip pat sukūrė nanovamzdelių matricų perkėlimo ant bet kokio pagrindo, įskaitant silicį, plastiką ir stiklą, metodą.
Nanovamzdelių tranzistoriai gali būti naudojami lanksčiuose ekranuose ir elektroniniame popieriuje. Kadangi anglies nanovamzdeliai gali nešti srovę daug didesniu greičiu nei silicis, prietaisai taip pat gali būti naudojami didelės spartos radijo dažnio (RF) ryšio sistemose ir identifikavimo žymose. Tiesą sakant, tyrimų grupė dirba su Northrop Grumman, kad panaudotų technologiją RF ryšio įrenginiuose, sako Rogersas.
Iki šiol gaminti tranzistorius su keliais anglies nanovamzdeliais reiškė elektrodus nusodinti ant tinklinių nesuderintų anglies nanovamzdelių sluoksnių, sako Rogersas. Tačiau kadangi atsitiktinai išdėstyti anglies nanovamzdeliai kerta vienas kitą, kiekvienoje sankryžoje tekantys krūviai susiduria su pasipriešinimu, kuris sumažina įrenginio srovę. Puikiai suderintas masyvas išsprendžia šią problemą, nes visiškai nėra vamzdžių ir vamzdelių persidengimo sankryžų, sako Rogersas.
Tyrėjų grupė gamina matricas, piešdama plonas geležies katalizatoriaus juosteles ant kvarco kristalų ir išilgai tų juostelių augindama nanometro pločio anglies nanovamzdelius, naudodama įprastą anglies garų nusodinimą. Kvarco kristalas sulygiuoja nanovamzdelius. Tada mokslininkai gali pagaminti tranzistorius, naudodami įprastą fotolitografiją, nusodindami šaltinio, nutekėjimo ir užtvaro elektrodus.
Pasak mokslininkų, iki šiol nepavyko išauginti gerai suderintų nanovamzdelių matricų Robertas Hauge'as , chemijos profesorius, tyrinėjantis anglies nanovamzdelius Rice universitete. Iš tiesų, lygiavimas nebėra akivaizdus dalykas, sako Ali Javey , elektros inžinerijos ir kompiuterių mokslų docentas Kalifornijos universitete Berklyje.
Sukurti gerai sutvarkytą masyvą, kuriame lygiagrečiai nanovamzdeliai būtų sujungti tarp šaltinio ir nutekėjimo elektrodų, yra didelis pasiekimas, sakoma. Ričardas Martelis , Monrealio universiteto chemijos profesorius. Naujasis darbas leidžia iš tikrųjų palyginti nanovamzdelių tranzistorius ir silicio tranzistorius, nes nanovamzdelių masyvas suteikia plokščią struktūrą, panašią į silicio prietaisus, sako jis. Jie padarė būtent tai, ką reikėjo padaryti, ir tai yra reikšmingas žingsnis.
Tyrėjai pagamino ir išbandė šimtus nanovamzdelių tranzistorių ir nustatė, kad prietaisai turi pastovias elektrines savybes, nors kiekvieno nanovamzdelio savybė įrenginyje gali šiek tiek skirtis. Kiekviename įrenginyje yra tiek daug vamzdžių, kad yra statistinis vidurkio efektas, sako Rogersas.
Be to, nanovamzdelių savybės nesikeičia net ir perkeliant juos ant plastiko ar kitokio pagrindo. Vamzdžiai fiziškai pakeliami nuo kvarco ir tada atspausdinami ant tikslinio pagrindo, kad tai nepažeistų nanovamzdelių padėties ir orientacijos, sako Rogersas. Dėl šio perdavimo proceso jis teigia, kad masyvai gali būti integruoti su silicio gamyba, kad būtų sukurtos grandinės su tarpusavyje sujungtais nanovamzdeliais ir silicio įtaisais – nanovamzdelių įrenginiai galėtų valdyti grandinės didelės spartos operacijas. Norint pagaminti tokį lustą, gamybos pradžioje tereikėtų perkelti nanovamzdelių matricas į silicio plokštelę. Kai tai bus padaryta, galima pridėti silicio prietaisus. Jūs net negalvojate apie juos kaip apie vamzdelius, sako Rogeris. Tiesą sakant, tai plonos plėvelės vienodas substratas, o jūs tiesiog apdorojate.
Kol kas naujieji tranzistoriai bus naudingi didesnėms elektronikos grandinėms, tokioms kaip lankstūs ekranai ir RF lustai, tačiau norint naudoti didelio našumo elektronikoje, pavyzdžiui, kompiuterių lustuose, įrenginiams reikia daug geresnės struktūros ir geometrijos, sako Javey. Pavyzdžiui, prietaisai turėtų būti daug mažesni nei dabar: tranzistoriai šiuo metu yra dešimčių mikrometrų ilgio ir pločio.
Siekdama pagaminti mažesnius įrenginius, UIUC komanda stengiasi padaryti masyvus tankesnius. Šiuo metu atstumas tarp gretimų vamzdžių yra 100 nanometrų, tačiau teoriškai šis atskyrimas gali sumažėti iki vieno nanometro, nepažeidžiant elektrinių savybių, sako Martel.
Kita svarbi sritis, kurioje reikia padirbėti, yra rasti veiksmingą būdą, kaip gaminti įrenginius tik su puslaidininkiais nanovamzdeliais, sako Rogersas. Paprastai trečdalis nanovamzdelių bet kurioje išaugintoje partijoje yra metaliniai, todėl per tranzistorių net tada, kai jis išjungtas, teka nedidelė srovė. Norėdami atsikratyti metalinių vamzdžių, mokslininkai naudoja įprastą triuką: išjunkite tranzistorių ir įjunkite aukštą įtampą, kuri išpučia metalinius vamzdžius. Tačiau norint pagaminti geros kokybės tranzistorius didesniu mastu, jiems reikės rasti geresnį būdą atsikratyti metalinių vamzdžių arba pasirinktinai auginti puslaidininkius vamzdžius. Tai, pasak Javey, yra paskutinis didelis raktas gaminant nanovamzdelių elektroniką.