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

Szeptember 2, 2016

Évtizedeken tudósok megpróbálták kihasználni az egyedülálló tulajdonságai szén nanocsövek, hogy magas teljesítményű elektronika, amely gyorsabb és kevesebb energiát fogyaszt – így hosszabb akkumulátor-élettartam, gyorsabb vezeték nélküli kommunikáció és a feldolgozás sebességét eszközök, mint az okostelefonok és a laptopok.

De számos kihívással is hátráltatta az a nagy teljesítményű tranzisztorok tenni a szén nanocsövek, apró hengerek készült szén csak egy atom vastag. Következésképpen teljesítményük messze elmaradt félvezetők, mint a szilícium és gallium arzenid használt számítógépes chipek és személyes elektronika.

Most, az első alkalommal, Egyetem Wisconsin-Madison anyagok mérnökei egy szén nanocső tranzisztorok jobban teljesítenek, mint a legkorszerűbb szilícium tranzisztorok.

Vezeti Michael Arnold és Padma Gopalan, Egyetem Wisconsin-Madison professzorok anyagtudomány és a műszaki, a csapat szén nanocső tranzisztorok elért aktuális ez 1,9-szer nagyobb, mint a szilícium tranzisztorok. A kutatók arról számoltak be, hogy előzetesen a dokumentumot pénteken (szeptember 2.) a Tudomány előlegek.

“Ez az eredmény már egy álom nanotechnológia az elmúlt 20 évben,” mondja Arnold. “Legyen szén nanocső tranzisztorok, amelyek jobbak, mint a szilícium tranzisztorok egy nagy mérföldkő. Ez az áttörés a szén nanocső tranzisztor teljesítménye kritikus előre felé kiaknázása szén nanocsövek logika, a nagy sebességű kommunikáció, és más félvezető elektronikai technológiákat.”

Ez az előzetes nyitják meg az utat a szén nanocső tranzisztorok helyére szilícium tranzisztorok és továbbra is szállít a teljesítménynövekedés a számítógépes iparban támaszkodik, és hogy a fogyasztók a kereslet. Az új tranzisztorok különösen ígéretes a vezeték nélküli kommunikációs technológiák megkövetelik a sok áram folyik át egy viszonylag kis területen.

Docens Michael Arnold és végzős hallgató Gerald Brady, a vezető szerzője a Tudomány előlegek papírt. Azáltal, hogy a szén-nanocső tranzisztorok, hogy az első alkalommal, meghaladja a legkorszerűbb szilícium tranzisztorok, a kutatók elérték egy nagy mérföldkő a nanotechnológia. Fénykép: Stephanie Precourt

Mivel néhány, a legjobb elektromos vezetékek valaha is felfedezett, szén nanocsövek már régóta ismerik, mint ígéretes anyag a következő generációs tranzisztorok.

Szén nanocső tranzisztorok képesnek kell lennie arra, hogy végre ötször gyorsabban vagy ötször kevesebb energiát fogyaszt, mint a szilícium tranzisztorok szerint extrapoláció egyetlen nanocső mérések. A nanocső ultra-kisméretű lehetővé teszi, hogy gyorsan változtatni a jelenlegi jel utazik át rajta, ami a jelentős nyereséget a sávszélesség a vezeték nélküli kommunikációs eszközök.

De a kutatók nem tudtak izolálni tisztán szén nanocsövek, amelyek alapvető fontosságúak, mert fémes nanocső szennyeződések jár, mint a réz vezetékek és megzavarják a félvezető tulajdonságokat – mint egy rövid egy elektronikus készülék.

Az Egyetem Wisconsin-Madison csapat használt polimer szelektív rendezni a félvezető nanocsövek, megoldáskeresés ultra-nagy tisztaságú félvezető szén nanocsövek.

“Azt észleltük különleges feltételeket, amelyek lehet megszabadulni szinte minden fémes nanocsövek, ahol már kevesebb, mint 0,01 százalék fémes nanocsövek”, mondja Arnold.

Az Egyetem Wisconsin-Madison mérnökök megoldást folyamat betét igazított tömbök szén nanocsövek ra 1 hüvelyk 1 hüvelyk felületeken. A kutatók a skálázható és gyors leválasztási eljárás a kabát teljes felülete aljzatra igazodik szén nanocsövek kevesebb, mint 5 perc. Fénykép: Stephanie Precourt

Elhelyezés és összehangolása a nanocsövek is nehéz ellenőrzés.

Ahhoz, hogy egy jó tranzisztoros, a nanocsövek összhangba kell hozni csak a megfelelő sorrendben, hogy csak a megfelelő távolságot, amikor össze egy szelet. 2014-ben, az Egyetem Wisconsin-Madison kutatók túljutott ezen a kihívás, amikor bejelentették a technika, az úgynevezett “lebegő párolgási önszerveződés,” hogy ad nekik ez az ellenőrzés.

A nanocsövek kell, hogy jó elektromos kapcsolat a fém elektródák a tranzisztor. Mivel a polimer az Egyetem Wisconsin-Madison kutatók használja, hogy izoláljuk a félvezető nanocsövek is úgy működik, mint egy szigetelő réteg között a nanocsövek és az elektródák, a csapat “sült” a nanocső tömbök egy vákuumkemencében, hogy eltávolítsuk a szigetelő réteg. Az eredmény: kiváló elektromos kapcsolat a nanocsövek.

A kutatók azt is kifejlesztett olyan kezelés, amely eltávolítja a maradék a nanocsövek után ők dolgozzák megoldás.

“Kutatásaink megmutattuk, hogy tudunk egyszerre legyőzni ezeket a kihívásokat dolgozó nanocsövek, és hogy lehetővé tette számunkra, hogy ezeket az úttörő szén nanocső tranzisztorok meghaladja a szilikon és gallium arzenid tranzisztorok,” mondja Arnold.

A kutatók viszonyítási alapként a szén nanocső tranzisztor ellen szilícium tranzisztor az azonos méretű, a geometria és szivárgási áram annak érdekében, hogy egy alma-to-alma összehasonlítás.

Ők továbbra is dolgozni igazítsák eszköz, hogy megfeleljen a geometria használt szilícium tranzisztorok, amelyek egyre kisebbek minden új generáció. Ezen kívül folyamatban van, hogy dolgozzon ki a nagy teljesítményű rádiófrekvenciás erősítők, amely képes lehet, hogy növeljék a mobiltelefon jel. Bár a kutatók már pikkelyes ezek összehangolását és leválasztási eljárás 1 hüvelyk 1 hüvelyk ostya, ők dolgoznak a méretezés a folyamatot fel kereskedelmi termelés.

Arnold azt mondja, hogy izgalmas, hogy végül eléri azt a pontot, ahol a kutatók tudják kihasználni az nanocsövek elérni teljesítmény-növekedést aktuális technológiákkal.

“Volt egy csomó hype szén nanocsövek, hogy nem valósult meg, és amely egyfajta savanyított sok ember kilátások”, mondja Arnold. “De úgy gondoljuk, a hype megérdemelt. Ez éppen most vett évtizedes munkát az anyagtudomány, hogy utolérje, és lehetővé teszi számunkra, hogy hatékonyan hasznosítani ezeket az anyagokat.”

A kutatók szabadalmaztatták technológia révén a Wisconsin Diplomás Kutatási Alapítvány. Finanszírozást a Nemzeti Jelenetek Alapítvány, a hadsereg Kutatási Hivatal és a légierő támogatták munkájukat.

További szerzők a tanulmányban a Harold Evensen, a Egyetem Wisconsin-Platteville mérnöki fizika tanár, Gerald Brady egy Egyetem Wisconsin-Madison anyagtudomány és a műszaki egyetemi hallgató vezető szerzője a tanulmány, és egyetemi hallgató Austin Way és posztdoktori kutató Nathaniel Safron.

Szerző: Adam Malecek