Hybride nanotråde med øje for computere, fleksible displays

En ny proces til belægning af kobber nanotråde med grafen - et ultratyndt lag kulstof - sænker modstand og opvarmning, foreslå potentielle anvendelser i computerchips og fleksible skærme.

"Stærkt ledende kobber nanotråde er afgørende for effektiv dataoverførsel og varmeledning i mange applikationer som højtydende halvlederchips og transparente skærme, " sagde doktorand Ruchit Mehta, arbejder med Zhihong Chen, en lektor i el- og computerteknik ved Purdue University.

Nu, forskere har udviklet en teknik til at indkapsle ledningerne med grafen og har vist, at hybridtrådene er i stand til 15 procent hurtigere datatransmission, mens de sænker spidstemperaturen med 27 procent sammenlignet med ubelagte kobber nanotråde.

"Dette er overbevisende beviser for forbedret hastighed og termisk styring ved at tilpasse kobber-grafen-hybridteknologien i fremtidige siliciumchips og fleksible elektroniske applikationer, " han sagde.

Resultaterne er detaljerede i et forskningspapir offentliggjort online i februar i tidsskriftet Nano bogstaver . Avisen er skrevet af Mehta, ph.d.-studerende Sunny Chugh og Chen.

Forskere og industri forsøger at skabe mindre ledninger for at øge "pakningstætheden" af elektroniske komponenter i chips. Imidlertid, mens mindre ledninger er nødvendige for at øge ydeevne og kapacitet, nedskalering af ledningernes størrelse reducerer elektrisk og termisk ledningsevne, hvilket kan føre til overophedning og skader. Grafenbelægningen forhindrer kobbertrådene i at oxidere, bevare lav modstand og reducere mængden af ​​opvarmning.

"Hvis overfladen er dækket af oxid, går mange af kobberets elektriske og varmeledende egenskaber tabt, " sagde Mehta. "Dette er meget vigtigt, fordi du vil have så meget strøm som muligt gennem disse ledninger for at øge hastigheden, men de kan ikke tage for meget strøm, fordi de vil smelte. Men hvis kobberet har god elektrisk og termisk ledningsevne, kan du presse mere strøm igennem det."

Hybridledningerne er lovende for gennemsigtige og fleksible skærme, fordi de kan bruges i et sparsomt antal, opretholdelse af gennemsigtighed, og de er bøjelige.

"Kobbertråde er normalt ikke gode til disse skærme, fordi de til sidst oxiderer og holder op med at fungere, " sagde Mehta. "Hvis du kan forhindre oxidationen, de bliver potentielt en god pasform."

Indtil nu har det været vanskeligt at belægge kobber nanotråde med grafen, fordi processen kræver kemisk dampaflejring ved temperaturer på ca. 000 grader Celsius, som nedbryder kobber tynde film og små ledninger. Forskerne har udviklet en ny proces, der kan udføres ved omkring 650 grader Celsius, bevare de små ledninger intakte, ved hjælp af en procedure kaldet plasma-forstærket kemisk dampaflejring. Ledninger blev testet i to breddestørrelser:180 nanometer - eller mere end 500 gange tyndere end et menneskehår - og 280 nanometer.