Az Első Alkalommal, Szén Nanocső Tranzisztorok Felülmúlják Szilícium

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.

Associate Professor Michael Arnold and graduate student Gerald Brady, the lead author on the Science Advances paper. By making carbon nanotube transistors that, for the first time, surpass state-of-the-art silicon transistors, the researchers have achieved a big milestone in nanotechnology. Photo: Stephanie Precourt

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.

The UW–Madison engineers use a solution process to deposit aligned arrays of carbon nanotubes onto 1 inch by 1 inch substrates. The researchers used their scalable and rapid deposition process to coat the entire surface of this substrate with aligned carbon nanotubes in less than 5 minutes. The team’s breakthrough could pave the way for carbon nanotube transistors to replace silicon transistors, and is particularly promising for wireless communications technologies. Photo: Stephanie Precourt

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

About The Author

admin

Comments are closed.