En lille skala løsning med stor effekt

(Phys.org)—Mikrochips er gennemgående i nutidens højteknologiske samfund, spiller en integreret rolle i din mobiltelefons indre funktion til din Keurig-kaffemaskine.

En behandlingsteknologi kaldet CMOS, eller komplementær metal-oxid-halvleder, gjorde mikrochips økonomisk gennemførlige i 1980'erne, sagde Sivasubramanian Somu, en forsker ved Northeasterns Center for High-rate Nanomanufacturing.

Et kritisk element i enhver mikrochip er noget, der kaldes en inverter - en elektronisk komponent, der spytter nuller ud, når du giver den en, og omvendt. "En transistor [det grundlæggende element i en inverter] er en simpel, ekstremt hurtigt skifte, " Forklarede Somu. "Du kan tænde og slukke for den ved hjælp af elektriske signaler."

I computerteknologiens tidlige dage, mekaniske kontakter blev brugt til beregningsmæssige operationer. "Du kan ikke opnå hurtige beregninger ved hjælp af mekaniske kontakter, " sagde Somu. Så CMOS, som brugte elektriske signaler til at tænde og slukke for kontakterne, repræsenteret et betydeligt fremskridt på området.

Men på trods af sin relative økonomi, et CMOS-fabrikationsanlæg koster stadig omkring 50 milliarder dollars, ifølge Somu. "Vi havde brug for et alternativ, omkostningseffektiv løsning, der stadig kan konkurrere med CMOS på støberiniveau, " han sagde.

CHNs proprietære "directed-​​​assembly"-tilgang er den alternative løsning. I stedet for at kræve flere fremstillingstrin med tilføjelse og fjernelse af materiale, som i tilfældet med CMOS, rettet montering er en proces, der kun er additiv, og som kan udføres ved stuetemperatur og -tryk. Et fabrikationsanlæg baseret på denne teknologi, Somu sagde, kunne bygges for så lidt som 25 millioner USD.

Disse omkostningsbesparelser ville gøre nanoteknologi tilgængelig for millioner af nye innovatører og iværksættere, udløser en bølge af kreativitet på samme måde som pc'en gjorde med computere, sagde Ahmed Busnaina, William Lincoln Smith professor og direktør for NSF Center for High-rate Nanomanufacturing.

Men at skabe en inverter i nanostørrelse er lettere sagt end gjort, tilføjede Jun Huang, en postdoc forsker i centret. Forskere har brugt materialer som grafen og kulstof nanorør til at skabe invertere, men ingen af ​​disse har fungeret godt alene. At skabe en inverter i nanostørrelse, der består af forskellige nanomaterialer med fremragende egenskaber, Huang sagde, kan resultere i fremragende gratis transistorer.

Ved at bruge den dirigerede montageproces, holdet skabte en effektiv gratis inverter ved hjælp af molybdændisulfid og kulstof nanorør. "På nanoniveau, " sagde Huang, "molybdændisulfid forekommer i tynde, nanometertykke ark." På denne skala, han bemærkede, materialet begynder at demonstrere transistoregenskaber, der er kritiske for konstruktionen af ​​en god inverter.

Succesen repræsenterer et skridt mod CHN's ultimative mål om at gøre det muligt for små- og mellemstore virksomheder at udvikle nye, mikrochip-baserede teknologier. Resultaterne af deres forskning blev rapporteret i en nylig artikel i tidsskriftet Nanoteknologi .