Carbon nanorør transistorer kan føre til billige, fleksibel elektronik

(PhysOrg.com) - For nylig, forskere har udviklet carbon nanorørbaserede tyndfilmstransistorer (TFT'er) i håb om at skabe højtydende, fleksibel, gennemsigtige enheder, såsom e-papir og RFID-tags. Imidlertid, en af ​​de største udfordringer, der holder transistorernes ydeevne tilbage, er en afvejning mellem egenskaberne af metalliske og halvledende nanorør, der udgør transistorerne. I en ny undersøgelse, forskere har udviklet en ny måde at fremstille nanorør-netværk på, der delvist overvinder dette problem, og vise, at nanorør-netværkene kunne bruges til at lave transistorer såvel som fleksible integrerede kredsløb (IC'er).

Forskerne, Dong-ming Sun fra Nagoya University i Nagoya, Japan, og medforfattere derfra og Aalto Universitet i Finland, har offentliggjort deres undersøgelse om fremstilling af højtydende TFT'er og IC'er på fleksible, gennemsigtige substrater i en nylig udgave af Natur nanoteknologi .

”Vi har vist, at uden hensyn til carbon nanorør chiralitet, kulstofnanorørene kan bruges til at fremstille højtydende TFT'er og IC'er, fører til en enkel og hurtig teknik til lave omkostninger, fleksibel elektronik, ” fortalte medforfatter Yutaka Ohno fra Nagoya University PhysOrg.com . "Lette og fleksible enheder såsom mobiltelefoner og elektronisk papir får opmærksomhed for deres roller i at opnå et smartere og grønt allestedsnærværende informationssamfund. Det er vigtigt at fremstille sådanne anordninger til ekstremt lave omkostninger ved at erstatte konventionelle papirbaserede medier såsom aviser og magasiner. Vores arbejde kan give en sådan teknologi."

Som forskerne forklarede i deres undersøgelse, nanorør-netværk indeholder både metalliske og halvledende nanorør. Mens en større mængde metalliske nanorør øger transistorens ladningsbærermobilitet, det reducerer også tænd/sluk-forholdet.

Da begge disse egenskaber er vigtige for den samlede transistorydelse, forskerne i det nye studie fandt en måde at optimere begge egenskaber ved at fremstille et nanorør-netværk med visse unikke egenskaber. For eksempel, netværkets morfologi består af lige, relativt lange (10 mikrometer) nanorør (hvoraf 30% er metalliske) sammenlignet med andre nanorørnet. Det nye netværk bruger også flere Y-kryds end X-kryds mellem nanorør. Da Y-kryds har et større krydsområde end X-kryds, de har også lavere krydsmodstand.

Ved hjælp af dette nanorørnetværk, forskerne fremstillede TFT'er, der samtidig demonstrerer en høj ladebærermobilitet og tænd/sluk-forhold, tilbyder betydeligt bedre ydeevne end tidligere nanorørbaserede transistorer. Forskerne forklarede, at den høje mobilitet skyldes nanorør-netværkets unikke morfologi, mens det høje tænd/sluk-forhold kan tilskrives den lavere tæthed af metalliske nanorør, som kan kontrolleres under fremstillingsprocessen.

Efter at have bygget transistorerne, forskerne fremstillede en IC, der er i stand til sekventiel logik - det første sådant kredsløb baseret på carbon nanorørstransistorer til dato. I sekventielle logiske kredsløb, outputtet afhænger af både det nuværende input såvel som inputhistorien, så disse kredsløb har lagrings- eller hukommelsesfunktioner.

Forskerne forudser, at ved at skalere fremstillingsprocessen og bruge forbedrede udskrivningsteknikker, disse nanorørbaserede TFT'er kan føre til udvikling af store, billig, og fleksibel elektronik.

"Vores nære fremtidsplan er at demonstrere roll-to-roll fremstilling af CNT-baserede TFT-arrays og IC'er, " sagde Ohno. "For at gøre det, vi er nødt til at erstatte alle litografiske teknikker med højkapacitetstrykteknikker. Til kommercialisering, vi er nødt til at forbedre ensartetheden af ​​TFT-egenskaber mere, men vi sigter mod kommercialisering inden for fem år.”

Copyright 2010 PhysOrg.com.
Alle rettigheder forbeholdes. Dette materiale må ikke offentliggøres, udsende, omskrevet eller omdistribueret helt eller delvist uden udtrykkelig skriftlig tilladelse fra PhysOrg.com.