Flyt dig, silicium, der er et nyt kredsløb i byen

(Phys.org) - Når det kommer til elektronik, silicium skal nu dele rampelyset. I et papir, der for nylig blev offentliggjort i Naturkommunikation , forskere fra USC Viterbi School of Engineering beskriver, hvordan de har overvundet et stort problem inden for kulstofnanorørteknologi ved at udvikle en fleksibel, energieffektiv hybridkredsløb, der kombinerer tynde filmtransistorer af carbon nanorør med andre tyndfilmstransistorer. Denne hybrid kunne træde i stedet for silicium som det traditionelle transistormateriale, der bruges i elektroniske chips, da kulnanorør er mere gennemsigtige, fleksibel, og kan behandles til en lavere pris.

Elektroteknisk professor Dr. Chongwu Zhou og USC Viterbi kandidatstuderende Haitian Chen, Yu Cao, og Jialu Zhang udviklede dette energieffektive kredsløb ved at integrere carbon nanorør (CNT) tyndfilmstransistorer (TFT) med tyndfilmstransistorer bestående af indium, gallium og zinkoxid (IGZO).

"Jeg kom med dette koncept i januar 2013, "sagde Dr. Chongwu Zhou, professor i USC Viterbis Ming Hsieh Institut for Elektroteknik. "Før da, vi arbejdede hårdt på at forsøge at omdanne carbon nanorør til n-type transistorer og derefter en dag, ideen kom til mig. I stedet for at arbejde så hårdt på at tvinge nanorør til at gøre noget, som de ikke er gode til, hvorfor finder vi ikke bare et andet materiale, der ville være ideelt til transistorer af n-typen-i dette tilfælde, IGZO - så vi kan opnå komplementære kredsløb? "

Carbon nanorør er så små, at de kun kan ses gennem et scannende elektronmikroskop. Denne hybridisering af carbon nanorør tynde film og IGZO tynde film blev opnået ved at kombinere deres typer, p-type og n-type, henholdsvis, at skabe kredsløb, der kan fungere komplimentært, reducere effekttab og øge effektiviteten. Inkluderingen af ​​IGZO tyndfilmstransistorer var nødvendig for at give strømeffektivitet for at øge batteriets levetid. Hvis der kun var brugt kulnanorør, så ville kredsløbene ikke være energieffektive. Ved at kombinere de to materialer, deres styrker er blevet forbundet og deres svagheder skjult.

Zhou sammenlignede koblingen af ​​carbon nanorør TFT'er og IGZO TFT'er med den kinesiske filosofi om yin og yang.

"Det er som et perfekt ægteskab, "sagde Zhou." Vi er meget begejstrede for denne idé om hybridintegration, og vi mener, at der er et stort potentiale for det. "

De potentielle anvendelser til denne form for integrerede kredsløb er talrige, herunder organiske lysemitterende dioder (OLED'er), digitale kredsløb, radiofrekvensidentifikation (RFID) tags, sensorer, bærbar elektronik, og flashhukommelsesenheder. Selv heads-up displays på køretøjets dashboards kan snart blive en realitet.

Den nye teknologi har også store medicinske konsekvenser. I øjeblikket, hukommelse, der bruges i computere og telefoner, er lavet med siliciumsubstrater, overfladen, som hukommelseschips er bygget på. For at indhente medicinske oplysninger fra en patient, f.eks. Puls eller hjernebølgedata, stive elektrodeobjekter placeres på flere faste steder på patientens krop. Med dette nye hybridiserede kredsløb, imidlertid, elektroder kunne placeres over hele patientens krop med kun en enkelt stor, men fleksibel genstand.

Med denne udvikling, Zhou og hans team har omgået vanskeligheden ved at oprette n-type carbon nanorør TFT'er og p-type IGZO TFT'er ved at oprette en hybrid integration af p-type carbon nanorør TFT'er og n-type IGZO TFT'er og demonstrere en storstilet integration af kredsløb. Som et bevis på konceptet, de opnåede en skala ringoscillator bestående af over 1, 000 transistorer. Indtil dette punkt, alle carbon nanorørbaserede transistorer havde et maksimalt antal på 200 transistorer.

"Vi mener, at dette er et teknologisk gennembrud, som ingen har gjort dette før, sagde Haitian Chen, forskningsassistent og elektroteknik ph.d. -studerende ved USC Viterbi. "Dette giver os et yderligere bevis på, at vi kan foretage større integrationer, så vi kan lave mere komplicerede kredsløb til computere og kredsløb."

Det næste trin for Zhou og hans team vil være at bygge mere komplicerede kredsløb ved hjælp af en CNT- og IGZO -hybrid, der opnår mere komplicerede funktioner og beregninger, samt at bygge kredsløb på fleksible underlag.

”Mulighederne er uendelige, da digitale kredsløb kan bruges i enhver elektronik, "Sagde Chen." En dag vil vi kunne udskrive disse kredsløb lige så let som aviser. "

Zhou og Chen mener, at kulstof -nanorørteknologi, herunder denne nye CNT-IGZO hybrid, kommercialiseres i de næste 5-10 år.

"Jeg tror, ​​at dette kun er begyndelsen på at skabe integrerede hybridløsninger, "sagde Zhou." Vi vil se meget interessant arbejde komme op. "