211service.com
Skriva kretsar på grafen
Med hjälp av en uppvärmd atomkraftmikroskopspets har forskare ritat ledande mönster i nanoskala på isolerande grafenoxid. Detta enkla knep för att kontrollera grafenoxidens konduktivitet kan bana väg för att etsa in elektroniska kretsar i kolmaterialet, ett viktigt framsteg mot höghastighets-, lågeffekts- och potentiellt billigare datorprocessorer.
Het tråd: En AFM-spets uppvärmd till över 150 °C kan etsa en isolerande grafenoxidyta för att skapa tunna ledande nanoskaliga ledningar.
Grafen, ett atomtjockt kolskikt, är en lovande ersättning för kisel i elektroniska kretsar, eftersom det transporterar elektroner mycket snabbare. IBM-forskare har redan gjort transistorer, byggstenarna i elektroniska kretsar, med grafen som fungerar 10 gånger snabbare än deras kiselmotsvarigheter. Men för att göra dessa transistorer måste forskare först ändra grafenens elektroniska egenskaper genom att skära den i tunna band, som sedan införlivas i enheter. Forskare har gjort dessa nanorband med litografi, med kemiska lösningsbaserade processer eller genom att dra upp kolnanorör.
I det nya Vetenskap papper, skriver forskare vid Georgia Institute of Technology och U.S. Naval Research Laboratory istället sådana nanoband på en yta istället för att skära grafen. Forskarna börjar med ett ark av grafenoxid, som inte leder elektrisk ström. När de drar en AFM-spets uppvärmd till mellan 150 °C och 1060 °C över arket, avges syreatomer på de ställen som spetsen berör. Detta lämnar efter sig linjer av nästan ren grafen som är 10 000 gånger mer ledande än den omgivande grafenoxiden.
Det är en snabb, reproducerbar teknik, det är ett steg, det är enkelt, säger Paul Sheehan, som ledde arbetet på Sjöforskningslaboratorium . Istället för att lägga ner resist och försöka skära grafen på olika sätt kan du använda lokal värme och skriva raderna precis där du vill ha dem. Sheehan säger att en rad tusentals AFM-tips kan skissera kretsar på grafenoxid samtidigt.
Litografiska metoder för att göra nanoband är besvärliga och dyra, säger Jing Guo , en elektro- och datorteknikprofessor vid University of Florida i Gainesville. Dessa metoder kan också skapa band med grova kanter, vilket påverkar grafens elektroniska egenskaper och resulterar i transistorer av låg kvalitet. Det här är ett nytt sätt att [göra nanoband] som är väldigt enkelt och pålitligt och potentiellt skalbart till stor skala, säger han. Du har i princip ett papper och tar en penna för att skrapa det, och du har en väldigt smal linje.
Forskarna skrev linjer så smala som 12 nanometer tvärs över och med hastigheter på upp till 0,1 millimeter per sekund. Skrivhastigheten ökade med temperaturen. Det är spännande att se att denna omvandling kan göras och styras i nanoskala, säger Yu-Ming Lin , en forskare inom vetenskap och teknik i nanoskala vid IBMs Watson Research Center i Yorktown Heights, NY. Detta är ett viktigt steg för grafenbaserad [elektronik].
Att börja med grafenoxidark snarare än grafen är enklare och billigare, säger man Elisa Riedo , en fysikprofessor vid Georgia Tech som ledde arbetet med Sheehan. Orörda grafenark erhålls vanligtvis genom att mekaniskt separera flingor från grafit eller genom att odla grafen på två tums kiselkarbidskivor. Grafenoxid var billigare att tillverka i stora ytor jämfört med grafen, säger Riedo. Det är en annan väg att komma till grafen.
Forskarna planerar att göra transistorer med deras teknik, men de kan behöva ytterligare bearbetning först, säger Yanwu Zhu , en grafenforskare vid University of Texas i Austin. För det första måste de hitta ett sätt att ta bort grafenoxidrester från de ledande banden.