211service.com
Praktisk nanorörelektronik
Kolnanorör är ett lovande material för att göra displaykontrollkretsar eftersom de är effektivare än kisel och kan placeras på flexibla ytor. Fram till nyligen har det dock varit en mödosam process att göra nanorör till transistorer. Nu har forskare vid University of Southern California visat stora, funktionella uppsättningar av transistorer gjorda med enkla metoder från partier av kolnanorör som är relativt orena.
Nanorörsuppsättning: Detta foto visar en tre-tums kiselskiva täckt med en rad kol-nanorör transistorer. Även om dessa transistorer tillverkades med enkla processer vid rumstemperatur, är deras prestanda tillräckligt bra för att driva bildpixlar.
Pixlarna i en dator eller tv-skärm, oavsett om det är en LCD eller plasma, styrs var och en av flera transistorer. I dagens enheter är dessa transistorer gjorda av kisel. Uppsättningar av dessa transistorer måste göras vid höga temperaturer och i vakuum, så de är mycket dyra, säger Chongwu Zhou , en docent i elektroteknik vid USC och forskare på nanorörsprojektet.
Transistorer har också tillverkats av kolnanorör, men det innebär också utmaningar. Många människor använder ett nanorör för att göra en mycket liten, högpresterande transistor för datorchips, säger Zhou. Men det en-till-ett-förhållandet fungerar inte för skärmar, där en stor yta måste täckas av transistorer. Om vi använder ett nanorör för en transistor blir utbytet aldrig tillräckligt högt för att fungera för storskalig tillverkning av storbildsskärmar, säger han. Zhou tror att hans tillvägagångssätt kommer att lösa detta problem genom att göra större transistorer från mattor av nanorör.
USC-forskarna tillverkar stora uppsättningar av kolnanorörstransistorer med hjälp av lösningsbearbetningstekniker vid rumstemperatur. De börjar med att placera en kiselwafer i ett kemiskt bad för att belägga dess yta med en kemikalie som drar till sig nanorör, skölj sedan bort resterna. Den behandlade skivan nedsänks sedan i en lösning av halvledande kolnanorör, som attraheras till dess yta. Rånet, nu belagt med en matta av nanorör, sköljs rent igen. För att göra transistorer från denna trassliga röra, lade forskarna ner metallelektroder på utvalda platser. Elektroderna definierar var varje transistor är och bär elektroner in i och ut ur nanorören som ligger mellan dem. Ytor av kisel som ligger bakom varje enhet fungerar som transistorernas grindar. Hittills har de byggt en prototypenhet på en fyra-tums kiselskiva och använt den för att styra en enkel organisk lysdioddisplay. Detta arbete beskrivs online i tidskriften Nanobokstäver .
Andra forskare har gjort transistorer av nanorörsmattor med hjälp av lösningsbearbetning, men dessa projekt utgick från blandningar av ledande och halvledande nanorör, vilket ledde till mycket dålig prestanda. Och i slutet av förra året använde forskare vid IBM och Northwestern University mycket renade halvledande nanorör för att göra transistoruppsättningar med högre prestanda där alla nanorör radas upp i nästan raka linjer, vilket förbättrar deras elektriska egenskaper.
Betydelsen av USC-arbetet är att det visar att arrayer gjorda av endast 95 procent halvledande nanorör som inte är justerade fortfarande har tillräckligt bra prestanda för skärmar, säger Zhou.
Det här är första gången någon har visat lösningsdeponerade, renade halvledande rör för högkvalitativa transistorer, säger John Rogers , professor i materialvetenskap och ingenjörskonst vid University of Illinois i Urbana-Champaign. Framgången ligger i integrationen av flera lovande metoder för att demonstrera en fullständig sekvens för tillverkning av elektronik.
Nu när hans grupp har visat genomförbarheten av dessa tekniker, säger Zhou, arbetar den på att bygga en verkligt integrerad organisk LED-skärm som är flexibel och transparent. En sådan display kan rullas ihop för att passa i en ficka, eller monteras på en bilvindruta för att visa information till föraren. Det första steget är att eliminera det styva kislet. Eftersom nanorören kan läggas ner i rumstemperatur kan USC-forskarna bygga dem på elektriskt aktiva plastskivor som inte tål höga temperaturer. De arbetar också med att ersätta de styva metallelektroderna med en beläggning av indiumtennoxid, ett vanligt använt, flexibelt, transparent elektrodmaterial. I sin prototyp är de organiska LED-pixlarna anslutna till transistorgruppen med ledningar; för att integrera dem måste de komma på metoder för att bygga lysdioderna ovanpå styrkretsen.
Zhou säger att han pratar med displayföretag om att kommersialisera dessa metoder. Den koreanska displayjätten LG har visat intresse för nanorörselektronik och IBM-forskare har publicerat om ämnet. Det enda företaget som hittills kommit ut med en elektronisk produkt med nanorör är Menlo Park, CA-startupen Unidym , som gör elektroder av materialet.
Forskare inom området har pratat om nanorörsskärmar i åratal, och uppehållet, säger Mark Hersam vid Northwestern University, har varit bristen på ett tillräckligt stort utbud av halvledande kolnanorör. 2006 utvecklade materialvetenskapsprofessorn Hersam en enkel metod för att rena nanorör utifrån deras egenskaper genom att centrifugera dem i en tvållösning. Han grundade sedan ett företag som heter NanoIntegris , som har levererat halvledande nanorör till grupper inklusive Zhou och forskarteamet vid IBM. Ett nybildat företag i Kina och ett i Japan levererar också de halvledande nanorör som behövs för att göra transistormatriser för att styra bildskärmar.
Med detta utbud på plats, säger Hersam, är det bara en tidsfråga innan ett företag kommer ut med en produkt, oavsett om den är gjord med en metod som Zhous eller någon annan metod. Jag är övertygad om att det kommer att finnas en serie produkter inom överskådlig framtid, säger Hersam. Det handlar om att gå från prototyp till marknad.