• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Kolnanorör som transistormaterial

    Ett enda kolnanorör (CNT) odlas mellan två kontakter. Ändarna belades genom ångavsättning av palladium för att ansluta till den suspenderade transistorkanalen. (Foto:M. Muoth / ETH Zürich)

    Schweiziska forskare har byggt en transistor vars avgörande element är ett kolnanorör, upphängd mellan två kontakter, med enastående elektroniska egenskaper. En ny tillverkningsmetod gjorde det möjligt för forskarna att konstruera en transistor utan grindhysteres. Detta öppnar upp för nya sätt att tillverka nanosensorer och komponenter som förbrukar särskilt lite energi.

    Gränserna för konventionell mikroteknik, huvudsakligen baserad på kisel, har nåtts. Mindre och bättre kan bara uppnås genom att använda nya material och teknologier. Det är därför forskning hoppas på fantastiska saker från kolnanorör (CNT), ultrasmå tubuli några nanometer i diameter, gjord av rent kol.

    CNT:er har anmärkningsvärda strukturella, mekaniska och elektroniska egenskaper. Forskargruppen ledd av Christofer Hierold, Professor i mikro- och nanosystem vid ETH Zürich, syftar till att använda dessa i nanoelektronikkomponenter. Han och hans forskargrupp, i synnerhet doktoranden Matthias Muoth, har nu lyckats konstruera en hysteresfri fälteffekttransistor baserad på en individuell CNT med metalliska nanokontakter. Forskarna rapporterade detta nyligen i "Nature Nanotechnology".

    För att bygga transistorn, forskarna lät en enda CNT växa mellan två polysilikonspetsar. För god elektrisk kontakt, de ångavsatte palladiummetall på ändarna av tubuli på ett mycket exakt sätt. Forskarna inkluderade ett skjutbart lock, skuggmasken, för att skydda mittsektionen av CNT från oönskad metallisering. Ett kiselsubstrat, även belagd med metall och placerad tre mikron under CNT, fungerade som en kontrollterminal kallad gate.

    Den framgångsrika tillverkningen av transistorn med CNT och det exakta gränssnittet av dess ändar med palladium är inte de enda avgörande aspekterna för Christofer Hierold. Han anser att genombrottet är det faktum att transistorn inte uppvisar vad som kallas grindhysteres. Hysteres saknas även vid en luftfuktighet på 45 procent. Han ser detta som "ett avsevärt steg framåt för komponenter avsedda att användas som sensorer."

    Hysteres representerar oönskade egenskaper hos ett elektroniskt system. Till exempel, om spänningen vid transistorns styrport ökas och sedan minskas igen, det kan ske en oönskad förskjutning i transistorns tröskelspänning. Transistorns egenskaper vid en arbetspunkt beror sedan på dess historia, till exempel på de gate-spänningar den tidigare har utsatts för. Dessa oönskade förskjutningar i tröskelspänningen härrör också från laddningar som kan fångas på defekter i CNT eller i oxider i deras närhet.

    Sådan hysteres observeras inte och forskarna ser detta som ett tecken på ett särskilt högkvalitativt transistorarrangemang med låg defekt, CNT med hög renhet.

    Den innovativa transistorn med kontakter (S, D), substratet fungerar som grind (G) och skuggmasken som skärmar kolnanoröret under ångavsättning av kontaktmetallen. (Foto:M. Muoth / ETH Zürich)

    Den nya komponenten öppnar intressanta applikationsmöjligheter för sensorer och andra nanoelektromekaniska komponenter. Till exempel kan transistorn användas i mycket känsliga gassensorer eller töjningsmätare, och även i ett resonatorarrangemang som en nanobalans. CNT-transistorer kan också vara mycket användbara som filter för att ta emot rätt frekvens i mobiltelefoner, eftersom de är mindre och använder mindre energi än konventionella frekvensfilter. Detta innebär att man använder elektromekanisk excitation för att få en CNT med en karakteristisk frekvens att vibrera som en gitarrsträng. Alla andra frekvenser, å andra sidan, inte kan excitera nanoröret. Enligt ETH-professorn, "Man hoppas att sådana nano-elektromekaniska filter kommer att vara bättre än rent elektroniska." Han säger det, hur som helst, en stor fördel med de nya komponenterna är deras låga energibehov.

    Hierold säger att miniatyriseringen av transistorn ännu inte är klar. Endast CNT som en nanostruktur med en diameter på en till tre nanometer och, som visas här, med kanallängder så korta som 30 nanometer och möjligen mindre har "miniatyriserats". Professorn betonar att "Vi använder fortfarande konventionell teknik för att strukturera spetsarna och skuggmasken på den nya komponenten."

    Den nya tekniken har ännu inte kommit så långt att den snart skulle ersätta transistorer av det slag som används i dagens datorchips. Dock, Hierold betonar att "Vi har nu skapat en komponent som gör att vi kan ta ett stort steg framåt, speciellt inom mikro- och nanosystemteknik, det vill säga inom området integrerade funktionsmaterial för sensorer och ställdon.”


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com