(Phys.org) - När det gäller elektronik, kisel måste nu dela rampljuset. I en tidning som nyligen publicerades i Naturkommunikation , forskare från USC Viterbi School of Engineering beskriver hur de har övervunnit en stor fråga inom teknik för kolnanorör genom att utveckla en flexibel, energieffektiv hybridkrets som kombinerar tunnfilmstransistorer av kolnanorör med andra tunnfilmstransistorer. Denna hybrid kan ersätta kisel som det traditionella transistormaterialet som används i elektroniska chips, eftersom kolnanorör är mer transparenta, flexibel, och kan bearbetas till en lägre kostnad.

Elektroteknikprofessor Dr Chongwu Zhou och USC Viterbi doktorander Haitian Chen, Yu Cao, och Jialu Zhang utvecklade denna energieffektiva krets genom att integrera tunn nanorör (CNT) tunnfilmstransistorer (TFT) med tunnfilmstransistorer bestående av indium, gallium och zinkoxid (IGZO).

"Jag kom på detta koncept i januari 2013, "sade Dr Chongwu Zhou, professor i USC Viterbis Ming Hsieh institution för elektroteknik. "Innan dess, vi arbetade hårt för att försöka göra kolnanorör till n-typ transistorer och sedan en dag, idén kom till mig. Istället för att arbeta så hårt för att tvinga nanorör att göra något som de inte är bra för, varför hittar vi inte bara ett annat material som skulle vara idealiskt för transistorer av n-typ-i det här fallet, IGZO - så att vi kan uppnå kompletterande kretsar? "

Kolnanorör är så små att de bara kan ses genom ett skannande elektronmikroskop. Denna hybridisering av tunna filmer av kolnanorör och IGZO -tunna filmer uppnåddes genom att kombinera deras typer, p-typ och n-typ, respektive, att skapa kretsar som kan fungera komplimangerande, minska energiförlust och öka effektiviteten. Inkluderingen av IGZO tunnfilmstransistorer var nödvändig för att ge energieffektivitet för att öka batteriets livslängd. Om bara kolnanorör hade använts, då skulle kretsarna inte vara energieffektiva. Genom att kombinera de två materialen, deras styrkor har förenats och deras svagheter dolda.

Zhou liknade kopplingen av kol -nanorör TFT och IGZO TFT med den kinesiska filosofin om yin och yang.

"Det är som ett perfekt äktenskap, "sa Zhou." Vi är mycket glada över denna idé om hybridintegration och vi tror att det finns mycket potential för det. "

De potentiella tillämpningarna för denna typ av integrerade kretsar är många, inklusive organiska ljusemitterande dioder (OLED), digitala kretsar, radiofrekvensidentifiering (RFID) taggar, sensorer, bärbar elektronik, och flashminnesenheter. Även head-up-displayer på fordonsdashboards kan snart bli verklighet.

Den nya tekniken har också stora medicinska konsekvenser. För närvarande, minne som används i datorer och telefoner är gjord med kiselsubstrat, ytan som minneschips är byggda på. För att få medicinsk information från en patient, t.ex. puls eller hjärnvågsdata, stela elektrodobjekt placeras på flera fasta platser på patientens kropp. Med denna nya hybridiserade krets, dock, elektroder kan placeras över hela patientens kropp med bara ett enda stort men flexibelt föremål.

Med denna utveckling, Zhou och hans team har kringgått svårigheten att skapa nanorör-TFT-kolfiber av T-typ och IGZO-TFT av p-typ genom att skapa en hybridintegration av T-kolfiberrör från T-typ av n-typ och IGZO-TFT av n-typ och demonstrera en storskalig integration av kretsar. Som ett bevis på konceptet, de uppnådde en skalningsringoscillator bestående av över 1, 000 transistorer. Fram till denna punkt, alla kolnanorörbaserade transistorer hade ett maximalt antal 200 transistorer.

"Vi tror att detta är ett tekniskt genombrott, som ingen har gjort detta förut, "sa Haitian Chen, forskningsassistent och elektroteknik doktorand vid USC Viterbi. "Detta ger oss ytterligare bevis på att vi kan göra större integrationer så att vi kan göra mer komplicerade kretsar för datorer och kretsar."

Nästa steg för Zhou och hans team blir att bygga mer komplicerade kretsar med hjälp av en CNT- och IGZO -hybrid som uppnår mer komplicerade funktioner och beräkningar, samt att bygga kretsar på flexibla underlag.

"Möjligheterna är oändliga, eftersom digitala kretsar kan användas i vilken elektronik som helst, "Sa Chen." En dag kommer vi att kunna skriva ut dessa kretsar lika enkelt som tidningar. "

Zhou och Chen tror att teknik för kolnanorör, inklusive denna nya CNT-IGZO-hybrid, kommer att kommersialiseras under de närmaste 5-10 åren.

"Jag tror att detta bara är början på att skapa integrerade hybridlösningar, "sade Zhou." Vi kommer att se mycket intressant arbete komma fram. "