(PhysOrg.com) - Rice University forskare har upptäckt tunna filmer av nanorör skapade med bläckstråleskrivare erbjuder ett nytt sätt att göra fälteffekttransistorer (FET), grundelementet i integrerade kretsar.
Även om tekniken inte exakt skalar ner till de nivåer som krävs för moderna mikroprocessorer, Rice's Robert Vajtai hoppas att det kommer att vara användbart för uppfinnare som vill trycka transistorer på material av något slag, speciellt på flexibla underlag.
I resultat som rapporterades förra veckan i onlineupplagan av ACS Nano , Risforskare som arbetar med forskare i Finland, Spanien och Mexiko har skapat nanorörsbaserade kretsar med avancerade bläckstråleskrivare och anpassade bläck.
Vajtai, en fakultetsstipendiat vid Rices högst rankade avdelning för maskinteknik och materialvetenskap, ledde studien. Pulickel Ajayan, Rice's Benjamin M. och Mary Greenwood Anderson professor i maskinteknik och materialvetenskap och i kemi, är medförfattare.
Processen involverade noggrann analys av provkretsar tryckta med enkelväggiga kolnanorör funktionaliserade med fyra typer av molekyler. Forskarna fann att ett enda lager av nanorör-infunderat bläck tryckt på en transparent folie inte ledde elektricitet särskilt bra. Men att lägga till lager ökade kopplingarna mellan nanorör, och därmed ökad konduktivitet.
"Nyckeln är att skriva ut lämpligt antal lager för att få den typ av ledning du vill ha, antingen metalliskt eller halvledande, " Vajtai sa, och tillägger att forskare inte gjorde några försök att separera metalliska från halvledande nanorör, vilket avsevärt förenklade processen.
De fann att vid rumstemperatur, elektrisk transport skedde genom nätverket av halvledande och metalliska nanorör. Vid låga temperaturer, de halvledande nanorören blev isolatorer, så elektrontunnling mellan intilliggande metalliska nanorör tog över.
I sista hand, för att bygga transistorer, teamet använde två av de fyra studerade blandningarna av funktionaliserade nanorör som byggstenar. Nanorör för ledande kanaler behandlades med polyetylenglykol (PEG) medan källan, dränerings- och grindelektroder trycktes med karboxylerade nanorör. Ett lager av PEG användes som grinddielektrikum.
"Det här är inte en perfekt transistor, men det är tillämpligt i digital elektronik, " sa Vajtai. "Det finns några begränsningar. Jag tvivlar på att någon skulle kunna ta en $60 bläckstråleskrivare och skriva ut fördesignade elektroniska kretsar. Men med en avancerad skrivare, det är en ganska enkel process och låter dig sätta ihop vad du vill." Han förväntar sig att tillverkning av nano-FETS i bulk skulle kräva en process som liknar silkscreening.
Även om forskarnas test-FET var relativt stora - ungefär en kvadratmillimeter - rapporterade de att kretsar kunde skalas ner till cirka 100 mikron, ungefär lika bred som ett människohår, med en kanallängd på cirka 35 mikron - storleken på skrivhuvudet. Att krympa dem ytterligare kan vara möjligt med mindre skrivhuvuden eller förbehandlade hydrofila eller hydrofoba ytor.
Vajtai sa att nanorörsbaserade FET:er kommer att vara bra för logikbaserade applikationer som kan skrivas ut på en flexibel yta men som inte behöver ett stort antal kretsar. "Säg att du vill ha en regnrock gjord med transistorer - gör vad en regnrock behöver göra som kräver elektricitet, som att kontrollera och analysera signaler från flera sensorer och ljuskällor, för säkerhet. Det kan göras."
