Source: https://www.engr.wisc.edu/first-time-carbon-nanotube-transistors-outperform-silicon/

Колеџ за инженерство, Универзитетот во Висконсин-Медисон

2 септември 2016 година

Со децении научниците се обиделе да го искористат уникатните својства на јаглерод наноцевки да се создаде електроника високи перформанси кои се побрзо или трошат помалку енергија – што резултира со подолго траење на батеријата, побрзо безжична комуникација и побрзо брзина на обработка за уреди како паметни телефони и лап-топ компјутери.

Но, голем број на предизвици попречува развојот на транзистори со високи перформанси изработени од јаглеродни наноцевки, мали цилиндри изработени од јаглеродни само еден атом дебели. Како резултат на тоа, нивните перформанси заостанува далеку зад полупроводници како што се силициум и галиум арсенид се користи во компјутерски чипови и лични електроника.

Сега, за прв пат, на Универзитетот во Висконсин-Медисон материјали инженери се создаде јаглеродни нано транзистори кои надминуваат ултрамодерна силикон транзистори.

Предводен од Мајкл Арнолд и Падма Гопалан, професори на материјали науката и инженеринг на Универзитетот во Висконсин-Медисон, јаглерод нано транзистори на тимот постигнува струја што е 1,9 пати повисока од силикон транзистори. Истражувачите ги објавија своите однапред, во документот објавен во петокот (2-септемвриските) во списанието Наука аванси.

“Ова достигнување е сон на нанотехнологијата во последните 20 години”, вели Арнолд. “Изработка на јаглерод нано транзистори кои се подобри од силикон транзистори е голема пресвртница. Овој пробив во јаглерод наноцевки перформанси Транзистор е критична однапред кон искористување на јаглерод наноцевки во логиката, комуникации со голема брзина, и други полупроводнички електроника технологии.”

Овој напредок може да го отвори патот за јаглерод нано транзистори да се замени силициум транзистори и продолжи доставување добивки извршувањето на компјутерската индустрија се потпира и дека побарувачката на потрошувачите. Новиот транзистори се особено надежни за безжични комуникациски технологии, кои бараат многу тековната тече во релативно мал простор.

Вонреден професор Мајкл Арнолд и дипломиран студент Џералд Брејди, главен автор на науката Напредокот хартија. Со тоа што јаглерод нано транзистори кои, за прв пат, го надмине ултрамодерна силикон транзистори, истражувачите имаат постигнато голема пресвртница во нанотехнологијата. Фото: Стефани Прекур

Како што некои од најдобрите електрични проводници било кога откриени, јаглерод наноцевки долго време беа признати како ветувачки материјал за следната генерација на транзистори.

Јаглерод нано транзистори треба да бидат способни да ги извршуваат пет пати побрзо или користете пет пати помалку енергија од силикон транзистори, според екстраполации од еден мерења нано. ултра-мали димензии на нано го прави возможно да се брзо менување на тековниот сигнал патуваат низ неа, кое може да доведе до значителни придобивки во пропусниот опсег на уреди за безжична комуникација.

Но, истражувачите се борат за да се изолира чисто јаглеродни наноцевки, кои се од суштинско значење, бидејќи метални нечистотии нано се однесува како бакарни жици и да ја наруши нивната полупроводникови својства – како краток во електронски уред.

Тимот на Универзитетот во Висконсин-Медисон полимери се користи селективно да се најде решение за полупроводникови наноцевки, постигнувањето решение на ултра-висока чистота полупроводникови јаглеродни наноцевки.

“Ние сме идентификувани специфични услови во кои може да се ослободи од речиси сите метални наноцевки, каде што има помалку од 0,01 отсто метални наноцевки”, вели Арнолд.

Инженери на Универзитетот во Висконсин-Медисон го искористи процесот решение да се депонира во согласност низи на јаглерод наноцевки излез 1 инч од 1 инч подлоги. Истражувачите користеле нивните скалабилни и брз процес на таложење за палтото на целата површина на овој супстрат со усогласени јаглерод наноцевки за помалку од 5 минути. Фото: Стефани Прекур

Поставување и подредување на наноцевки исто така е тешко да се контролира.

За да направите добра транзистор, на наноцевки треба да се усогласат само во вистинската цел, со само право проред, кога се собраа на нафора. Во 2014 година, истражувачите на Универзитетот во Висконсин-Медисон совлада предизвикот кога тие најави техника, наречена “лебдечки испарување само-собранието”, која им дава оваа контрола.

На наноцевки мора да се направи добар електричен контакт со метални електроди на транзистор. Бидејќи полимер истражувачите на Универзитетот во Висконсин-Медисон користи да се изолира на полупроводникови наноцевки, исто така делува како изолационен слој помеѓу наноцевки и електродите, екипата на “печени” низи нано во вакуум печка за отстранување на изолација слој. Резултатот е: одлични електрични контакти на наноцевки.

Истражувачите, исто така, развива третман кој ги отстранува остатоците од наноцевки откако тие се обработени во растворот.

“Во нашето истражување, ние покажавме дека истовремено можеме да го надминеме сите предизвици на работа со наноцевки, и тоа ни овозможи да се создадат овие ваков јаглерод нано транзистори кои ги надминуваат силикон и галиум арсенид транзистори”, вели Арнолд.

Истражувачите се споредуваат нивните јаглерод нано транзистор против силиконски транзистор со иста големина, геометрија и струја, со цел да се направи споредба јаболка до јаболка.

Тие продолжуваат да работат на прилагодување на нивниот уред за да одговара на геометријата користат во силикон транзистори, кој се помали со секоја нова генерација. Работата е, исто така, во тек да се развие на високо-вршење на радиофреквенции засилувачи кои можат да бидат во можност да се зголеми на мобилен телефон сигнал. Иако научниците веќе имаат намалени нивната усогласеност и таложење на процесот до 1 инч од 1 инч обланди, тие си работат на скалирање на процесот за комерцијално производство.

Арнолд вели дека тоа е возбудливо за конечно да стигнат до точка каде истражувачите можат да ги искористат наноцевки да се постигнат подобрувања на перформансите во вистински технологии.

“Имаше многу возбуда за јаглеродни наноцевки, кои не беа реализирани, а тоа е вид на влоши изгледите на многу луѓе”, вели Арнолд. “Но, ние мислиме на возбуда е заслужена. Тоа е само преземени децении работа за наука материјали за да се израмни и ни овозможи ефикасно искористување на овие материјали. ”

Истражувачите го патентирал својата технологија преку Фондацијата Висконсин Поранешните истражувања. Финансирање од Националната фондација за наука, истражување Канцеларијата на Армијата и на воздухопловните сили ја поддржуваат нивната работа.

Дополнителни авторите на хартија вклучуваат Харолд Евенсен, на Универзитетот во Висконсин-Платтевилл инженеринг професор по физика, Џералд Брејди, Универзитетот во Висконсин-Медисон материјали науката и инженеринг дипломиран студент и главен автор на студијата, и студент Остин начин и постдокторски истражувач Натаниел Сафрон.

Авторот: Адам Малесек