Forskere udskriver felteffekttransistorer med nano-infunderet blæk

(PhysOrg.com) - Rice University-forskere har opdaget, at tynde film af nanorør skabt med inkjet-printere tilbyder en ny måde at fremstille felteffekttransistorer (FET), det grundlæggende element i integrerede kredsløb.

Selvom teknikken ikke ligefrem skalerer ned til de niveauer, der kræves for moderne mikroprocessorer, Rice's Robert Vajtai håber, at det vil være nyttigt for opfindere, der ønsker at trykke transistorer på materialer af enhver art, især på fleksible underlag.

I resultater rapporteret i sidste uge i online-udgaven af ACS Nano , Risforskere, der arbejder med forskere i Finland, Spanien og Mexico har skabt nanorør-baserede kredsløb ved hjælp af avancerede inkjet-printere og brugerdefinerede blæk.

Vajtai, en fakultetsstipendiat i Rice's toprangerede afdeling for maskinteknik og materialevidenskab, ledet undersøgelsen. Pulickel Ajayan, Rice's Benjamin M. og Mary Greenwood Anderson professor i maskinteknik og materialevidenskab og i kemi, er medforfatter.

Processen involverede omhyggelig analyse af prøvekredsløb trykt med enkeltvæggede kulstofnanorør funktionaliserede med fire typer molekyler. Forskerne fandt ud af, at et enkelt lag af nanorør-infunderet blæk trykt på en gennemsigtig folie ikke ledede elektricitet særlig godt. Men at tilføje lag øgede forbindelserne mellem nanorør, og dermed øget ledningsevne.

"Nøglen er at udskrive det passende antal lag for at få den type ledning, du ønsker, enten metallisk eller halvledende, " Vajtai sagde, tilføjer, at forskere ikke gjorde noget forsøg på at adskille metalliske fra halvledende nanorør, hvilket i høj grad forenklede processen.

De fandt ud af, at ved stuetemperatur, elektrisk transport foregik gennem netværket af halvledende og metalliske nanorør. Ved lave temperaturer, de halvledende nanorør blev isolatorer, så elektrontunnel mellem tilstødende metalliske nanorør tog over.

Ultimativt, til bygning af transistorer, holdet brugte to af de fire undersøgte blandinger af funktionaliserede nanorør som deres byggesten. Nanorør til ledende kanaler blev behandlet med polyethylenglycol (PEG), mens kilden, dræn- og gate-elektroder blev trykt med carboxylerede nanorør. Et lag af PEG blev brugt som gate-dielektrikum.

"Dette er ikke en perfekt transistor, men det er anvendeligt i digital elektronik, " sagde Vajtai. "Der er nogle begrænsninger. Jeg tvivler på, at nogen kunne tage en $60 inkjetprinter og printe foruddesignede elektroniske kredsløb. Men med en avanceret printer, det er en ret ligetil proces og giver dig mulighed for at sammensætte, hvad du vil." Han forventer, at fremstilling af nano-FETS i bulk vil kræve en proces, der ligner silkescreening.

Selvom forskernes test-FET'er var relativt store - omkring en kvadratmillimeter - rapporterede de, at kredsløb kunne skalere ned til omkring 100 mikron, omkring bredden af ​​et menneskehår, med en kanalængde på omkring 35 mikron - størrelsen af ​​printhovedet. Det kan være muligt at krympe dem yderligere med mindre printhoveder eller forbehandlede hydrofile eller hydrofobe overflader.

Vajtai sagde, at nanorør-baserede FET'er vil være gode til logikbaserede applikationer, der kan udskrives på en fleksibel overflade, men som ikke har brug for et stort antal kredsløb. "Sig, at du vil have en regnfrakke lavet med transistorer - gør hvad en regnfrakke skal gøre, der kræver elektricitet, såsom styring og analyse af signaler fra flere sensorer og lyskilder, for sikkerheden. Det kan lade sig gøre."