Kolnanorör kan användas för att tillverka mycket små elektroniska enheter, men de är svåra att hantera. Forskare vid universitetet i Groningen, tillsammans med kollegor från University of Wuppertal och IBM Zürich, har utvecklat en metod för att välja halvledande nanorör från en lösning och få dem att självmontera på en krets av guldelektroder. Resultaten publicerades i tidskriften Avancerade material den 5 april.

Resultaten ser bedrägligt enkla ut:en självmonterad transistor med nästan 100 procent renhet och mycket hög elektronrörlighet. Men det tog tio år att komma dit. Universitetet i Groningen Professor i fotofysik och optoelektronik Maria Antonietta Loi designade polymerer som lindar sig runt specifika kolnanorör i en lösning av blandade rör. Tiolsidokedjor på polymeren binder rören till guldelektroderna, skapa den resulterande transistorn.

Patent

'I vårt tidigare arbete, vi lärde oss mycket om hur polymerer fäster till specifika kolnanorör. Loi förklarar. Dessa nanorör kan avbildas som ett rullat ark av grafen, den tvådimensionella formen av kol. "Beroende på hur lakanen rullas ihop, de har egenskaper som sträcker sig från halvledare till halvmetalliska till metalliska.' Endast halvledarrören kan användas för att tillverka transistorer, men produktionsprocessen resulterar alltid i en blandning.

"Vi hade idén att använda polymerer med tiolsidokedjor för en tid sedan", säger Loi. Tanken var att när svavel binder till metaller, det kommer att rikta polymerlindade nanorör mot guldelektroder. Medan Loi arbetade med problemet, IBM patenterade till och med konceptet. "Men det fanns ett stort problem i IBM-arbetet:polymererna med tioler också fästa vid metalliska nanorör och inkluderade dem i transistorerna, som förstörde dem.'

Lösning

Lois lösning var att minska tiolhalten i polymererna, med hjälp av polymerkemister från universitetet i Wuppertal. "Vad vi nu har visat är att detta koncept med montering nedifrån och upp fungerar:genom att använda polymerer med en låg koncentration av tioler, vi kan selektivt föra halvledande nanorör från en lösning till en krets.' Svavel-guldbindningen är stark, så nanorören är ordentligt fixerade:tillräckligt för att även stanna där efter ultraljudsbehandling av transistorn i organiska lösningsmedel.

Produktionsprocessen är enkel:metalliska mönster avsätts på en bärare, som sedan doppas i en lösning av kolnanorör. Elektroderna är åtskilda för att uppnå korrekt inriktning:'Rören är cirka 500 nanometer långa, och vi placerade elektroderna för transistorerna med intervaller på 300 nanometer. Nästa transistor är över 500 nanometer bort.' Avståndet begränsar transistorernas densitet, men Loi är övertygad om att detta skulle kunna ökas med smart ingenjörskonst.

'Under de senaste åren, vi har skapat ett bibliotek av polymerer som väljer halvledande nanorör och utvecklat en bättre förståelse för hur strukturen och sammansättningen av polymererna påverkar vilka kolnanorör de väljer', säger Loi. Resultatet är en billig och skalbar produktionsmetod för nanorörselektronik. Så vad är framtiden för denna teknik? Loi:"Det är svårt att förutsäga om branschen kommer att utveckla denna idé, men vi jobbar på förbättringar, och detta kommer så småningom att föra idén närmare marknaden.'