Carbon nanorør samles selv til små transistorer

Carbon nanorør kan bruges til at lave meget små elektroniske enheder, men de er svære at håndtere. Universitetet i Groningen videnskabsmænd, sammen med kolleger fra University of Wuppertal og IBM Zürich, har udviklet en metode til at vælge halvledende nanorør fra en opløsning og få dem til at samle sig selv på et kredsløb af guldelektroder. Resultaterne blev offentliggjort i tidsskriftet Avancerede materialer den 5. april.

Resultaterne ser vildledende ud:En selvmonteret transistor med næsten 100 procent renhed og meget høj elektronmobilitet. Men det tog ti år at nå dertil. Universitetet i Groningen Professor i fotofysik og optoelektronik Maria Antonietta Loi designet polymerer, som vikler sig rundt om specifikke kulstofnanorør i en opløsning af blandede rør. Thiol-sidekæder på polymeren binder rørene til guldelektroderne, skabe den resulterende transistor.

Patent

'I vores tidligere arbejde, vi lærte meget om, hvordan polymerer binder sig til specifikke kulstofnanorør', Loi forklarer. Disse nanorør kan afbildes som et rullet ark af grafen, den todimensionelle form af kulstof. 'Afhængigt af den måde, arkene rulles sammen på, de har egenskaber, der spænder fra halvleder til semi-metallisk til metallisk.' Kun halvlederrørene kan bruges til at fremstille transistorer, men produktionsprocessen resulterer altid i en blanding.

'Vi havde ideen om at bruge polymerer med thiolsidekæder for noget tid siden', siger Loi. Tanken var, at når svovl binder sig til metaller, det vil lede polymer-omviklede nanorør mod guldelektroder. Mens Loi arbejdede på problemet, IBM patenterede endda konceptet. "Men der var et stort problem i IBM's arbejde:polymererne med thioler også knyttet til metalliske nanorør og inkluderede dem i transistorerne, som ødelagde dem.'

Løsning

Lois løsning var at reducere thiolindholdet i polymererne, med bistand fra polymerkemikere fra University of Wuppertal. 'Det, vi nu har vist, er, at dette koncept med bottom-up samling virker:ved at bruge polymerer med en lav koncentration af thioler, vi kan selektivt bringe halvledende nanorør fra en løsning til et kredsløb.' Svovl-guld-bindingen er stærk, så nanorørene er fast fikseret:nok til selv at blive der efter sonikering af transistoren i organiske opløsningsmidler.

Produktionsprocessen er enkel:metalliske mønstre aflejres på en bærer, som derefter dyppes i en opløsning af kulstof nanorør. Elektroderne er adskilt for at opnå korrekt justering:'Rørene er omkring 500 nanometer lange, og vi placerede elektroderne til transistorerne med intervaller på 300 nanometer. Den næste transistor er over 500 nanometer væk.' Afstanden begrænser tætheden af ​​transistorerne, men Loi er overbevist om, at dette kan øges med smart ingeniørarbejde.

'I løbet af de sidste år, vi har skabt et bibliotek af polymerer, der udvælger halvledende nanorør og udviklet en bedre forståelse af, hvordan strukturen og sammensætningen af ​​polymererne påvirker, hvilke kulstofnanorør de vælger', siger Loi. Resultatet er en billig og skalerbar produktionsmetode til nanorørelektronik. Så hvad er fremtiden for denne teknologi? Loi:'Det er svært at forudsige, om industrien vil udvikle denne idé, men vi arbejder på forbedringer, og det vil i sidste ende bringe ideen tættere på markedet.'