Ny måde at rense arrays af enkeltvæggede kulstof nanorør et skridt mod post-silicium kredsløb

De usædvanlige egenskaber ved bittesmå molekylcylindre kendt som carbon nanorør har lokket forskere i årevis på grund af muligheden for, at de kunne tjene som en efterfølger til silicium ved at lægge logikken til mindre, hurtigere og billigere elektroniske enheder.

Først og fremmest er de små – på atomær skala og måske tæt på den fysiske grænse for, hvor lille du kan skrumpe en enkelt elektronisk kontakt. Ligesom silicium, de kan være af halvledende natur, et faktum, der er essentielt for printkort, og de kan gennemgå hurtig og meget kontrollerbar elektrisk kobling.

Men en stor barriere for at bygge nyttig elektronik med kulstof nanorør har altid været det faktum, at når de er opstillet i film, en vis del af dem vil opføre sig mere som metaller end halvledere - en nådesløs fejl, der tilsmudser filmen, kortslutter kredsløbet og kaster en skruenøgle ind i gearene på enhver potentiel elektronisk enhed.

Faktisk, ifølge University of Illinois-Urbana Champaign professor John Rogers, renheden skal overstige 99,999 procent - hvilket betyder endda et dårligt rør ud af 100, 000 er nok til at dræbe en elektronisk enhed. "Hvis du har lavere renhed end det, " han sagde, "den klasse materialer vil ikke fungere for halvledende kredsløb."

Nu har Rogers og et team af forskere vist, hvordan man fjerner de metalliske kulstof nanorør fra arrays ved hjælp af en relativt enkel, skalerbar procedure, der ikke kræver dyrt udstyr. Deres arbejde er beskrevet i denne uge i Journal of Applied Physics .

Vejen til renselse

Selvom det har været et vedvarende problem i de sidste 10-15 år, udfordringen med at gøre ensartet, tilpassede arrays af kulstofnanorør pakket med gode tætheder på tynde film er stort set blevet løst af flere forskellige grupper af videnskabsmænd i de senere år, sagde Rogers.

Det efterlod lige det andet problem, som skulle finde en måde at rense materialet på for at sikre, at ingen af ​​rørene var af metallisk karakter - et tornent problem, der var forblevet uløst. Der var nogle rensningsmetoder, der var nemme at udføre, men som langt fra var det rensningsniveau, der var nødvendigt for at lave nyttige elektroniske komponenter. Helt nyere tilgange tilbyder det rigtige rensningsniveau, men er afhængige af dyrt udstyr, sætter processen uden for rækkevidde for de fleste forskere.

Som holdet rapporterer i denne uge, de var i stand til at afsætte en tynd belægning af organisk materiale direkte oven på en plade af opstillede nanorør i kontakt med en metalplade. De påførte derefter strøm på tværs af arket, som tillod strømmen at strømme gennem nanorørene, der var metalledere - men ikke hovedparten af ​​rørene, som var halvledende.

Strømmen opvarmede metalnanorørene en lille smule - lige nok til at skabe en "termisk kapillarstrøm", der åbnede en rende i den organiske topcoat over dem. Ubeskyttet, metalrørene kunne derefter ætses væk ved hjælp af et standard bordpladeinstrument, og så kunne den økologiske topcoat vaskes væk. Dette efterlod en elektronisk skive belagt med halvledende nanorør fri for metalliske forurenende stoffer, sagde Rogers. De testede det ved at bygge arrays af transistorer, han sagde.

"Du ender med en enhed, der kan tænde og slukke som forventet, baseret på rent halvledende karakter, " sagde Rogers.