211service.com
Nanorörkretsar
Ny forskning tyder på att nätverk av enkelväggiga kolnanorör tryckta på böjbar plast fungerar bra som halvledare i integrerade kretsar. Forskare från University of Illinois i Urbana-Champaign (UIUC) och Purdue University , vars verk visas denna vecka i Natur , säg att dessa nanorörsnätverk skulle kunna ersätta organiska halvledare i applikationer som flexibla skärmar.
Snabb och flexibel: En integrerad krets på en tunn plastskiva innehåller transistorer gjorda av enkelväggiga kol-nanorörnätverk. De kolbaserade nätverken konkurrerar med prestanda hos enkristallkisel, men de kan enkelt tryckas på plasten från lösning och har goda mekaniska egenskaper som är användbara för flexibel elektronik.
Utvecklingen av flexibel elektronik har nyligen fokuserat på organiska molekyler eftersom de, till skillnad från kisel, är kompatibla med böjbara plastsubstrat. Flexibel elektronik har potential i sådana applikationer som elektroniska tidningar med låg effekt eller handdatorer som rullas upp till storleken och formen av en penna. Problemet med befintliga organisk-elektroniska enheter är dock att de inte är välutvecklade för långsiktig tillförlitlighet, och de presterar mycket sämre än kisel, säger John A. Rogers, ingenjörsprofessor vid UIUC och medförfattare till Natur papper.
Kol-nanorörnätverk, å andra sidan, kombinerar prestanda hos kisel med flexibiliteten hos organiska filmer på plast. Rogers säger att hastigheten på nanorörsanordningen jämförs positivt med hastigheten hos kommersiellt använda enkristallkiselkretsar. Transistorerna kan också växla mellan till- och frånlägen inom intervallet flera kilohertz, vilket liknar intervallet för de som används för LCD-skärmar och RFID-sensorer (radio frequency identification). På-av-strömförhållandet för kolnanorör är dock fortfarande några storleksordningar lägre än för kiseltransistorer.
Forskarna skapade nätverken genom att deponera nanorör på plast med vanliga tryckmetoder, vilket kan leda till låg kostnad, storskalig tillverkning. Och de tryckta kretsarna kan böjas till en radie på cirka fem millimeter utan att kompromissa med enhetens elektriska prestanda. Den här metoden är bra för flexibel elektronik som måste skrivas ut över ett stort område, säger Ali Javey , en biträdande professor i elektroteknik vid University of California, Berkeley.
Med hjälp av en teknik som kallas transfertryck, deponerade forskarna slumpmässigt inriktade kolnanorör på ett 50 mikrometer tjockt plastark och mönstrade sedan guldelektroder och andra kretskomponenter på substratet. Eftersom ungefär en tredjedel av nanorören i något nätverk är metalliska, vilket kan kortsluta transistorerna, etsade forskarna sedan smala parallella linjer genom nätverket med mjuk litografi. Genom att skära av nanorören kan de effektivt eliminera möjligheten att en rent metallisk väg förbinder två elektroder samtidigt som enhetens prestanda bevaras.
Det återstår fortfarande flera utmaningar innan nanorörsnätverket är redo för faktiska produkter. Enheter måste tillverkas där prestandan från enhet till enhet inte varierar; miljarder individuella nanorör måste tillverkas med hög renhet och rätt dimensioner för optimal prestanda. Tryckprocessen behöver också utvecklas, säger George Gruner , professor i fysik vid University of California, Los Angeles. Gruner föreslår att nanorör kan lösas upp i bläck och sedan tryckas på plast. Dessa enheter måste vara billiga och engångsbruk, särskilt för enheter som RFID-taggar i livsmedelsförpackningar, tillägger han.
Rogers grupps omedelbara mål är att arbeta mot lägre effekt och högre hastighet i enheterna. Vi vill tänja på gränserna för att se hur långt vi kan gå, säger han.