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Práctica electrónica de nanotubos
Los nanotubos de carbono son un material prometedor para hacer circuitos de control de pantallas porque son más eficientes que el silicio y pueden colocarse en superficies flexibles. Sin embargo, hasta hace poco tiempo, convertir nanotubos en transistores ha sido un proceso laborioso. Ahora, investigadores de la Universidad del Sur de California han demostrado grandes conjuntos funcionales de transistores fabricados con métodos simples a partir de lotes de nanotubos de carbono que son relativamente impuros.
Matriz de nanotubos: Esta foto muestra una oblea de silicio de tres pulgadas cubierta con una serie de transistores de nanotubos de carbono. Aunque estos transistores se fabricaron mediante procesos simples a temperatura ambiente, su rendimiento es lo suficientemente bueno como para controlar los píxeles de la pantalla.
Los píxeles de la pantalla de una computadora o televisión, ya sea de LCD o de plasma, están controlados por varios transistores. En los dispositivos actuales, estos transistores están hechos de silicio. Las matrices de estos transistores deben fabricarse a altas temperaturas y en el vacío, por lo que son muy caras, dice Chongwu Zhou , profesor asociado de ingeniería eléctrica en la USC e investigador del proyecto de nanotubos.
Los transistores también se han fabricado a partir de nanotubos de carbono, pero eso también presenta desafíos. Mucha gente usa un nanotubo para hacer un transistor muy pequeño y de alto rendimiento para chips de computadora, dice Zhou. Pero esa relación uno a uno no funcionará para pantallas, en las que una gran superficie debe estar cubierta de transistores. Si usamos un nanotubo por un transistor, el rendimiento nunca será lo suficientemente alto como para funcionar en la fabricación a gran escala de pantallas grandes, dice. Zhou cree que su enfoque resolverá este problema al hacer transistores más grandes a partir de capas de nanotubos.
Los investigadores de la USC fabrican grandes conjuntos de transistores de nanotubos de carbono utilizando técnicas de procesamiento de soluciones a temperatura ambiente. Comienzan colocando una oblea de silicio en un baño químico para cubrir su superficie con un químico que atrae nanotubos, luego enjuagan el residuo. La oblea tratada se sumerge luego en una solución de nanotubos de carbono semiconductores, que son atraídos hacia su superficie. La oblea, ahora recubierta con una alfombra de nanotubos, se vuelve a enjuagar. Para hacer transistores a partir de este lío enredado, los investigadores colocaron electrodos metálicos en lugares seleccionados. Los electrodos definen dónde está cada transistor y transportan electrones dentro y fuera de los nanotubos que se encuentran entre ellos. Las áreas de silicio subyacentes a cada dispositivo actúan como puertas de los transistores. Hasta ahora, han construido un dispositivo prototipo en una oblea de silicio de cuatro pulgadas y lo han usado para controlar una pantalla de diodos emisores de luz orgánicos simples. Este trabajo se describe en línea en la revista. Nano letras .
Otros investigadores han fabricado transistores a partir de alfombras de nanotubos mediante el procesamiento de soluciones, pero estos proyectos comenzaron a partir de mezclas de nanotubos conductores y semiconductores, lo que condujo a un rendimiento muy deficiente. Y a fines del año pasado, los investigadores de IBM y la Universidad Northwestern utilizaron nanotubos semiconductores altamente purificados para hacer matrices de transistores de mayor rendimiento en las que todos los nanotubos se alinean en líneas casi rectas, lo que mejora sus propiedades eléctricas.
La importancia del trabajo de la USC es que muestra que las matrices hechas de solo el 95 por ciento de nanotubos semiconductores que no están alineados todavía tienen un rendimiento lo suficientemente bueno para las pantallas, dice Zhou.
Esta es la primera vez que alguien muestra tubos semiconductores purificados depositados en solución para transistores de alta calidad, dice John Rogers , profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. El logro está en la integración de varios enfoques prometedores para demostrar una secuencia completa para la fabricación de productos electrónicos.
Ahora que su grupo ha demostrado la viabilidad de estas técnicas, dice Zhou, está trabajando para construir una pantalla LED orgánica verdaderamente integrada que sea flexible y transparente. Dicha pantalla podría enrollarse para caber en un bolsillo o montarse en el parabrisas de un automóvil para mostrar información al conductor. El primer paso es eliminar el silicio rígido. Debido a que los nanotubos pueden colocarse a temperatura ambiente, los investigadores de la USC pueden construirlos sobre láminas de plástico eléctricamente activas que no toleran altas temperaturas. También están trabajando para reemplazar los electrodos metálicos rígidos con una capa de óxido de indio y estaño, un material de electrodo transparente, flexible y de uso común. En su prototipo, los píxeles LED orgánicos están conectados a la matriz de transistores mediante cables; para integrarlos, deberán idear métodos para construir los LED en la parte superior del circuito de control.
Zhou dice que está hablando con empresas de pantallas sobre la comercialización de estos métodos. El gigante coreano de pantallas LG ha demostrado interés en la electrónica de nanotubos de carbono y los investigadores de IBM han estado publicando sobre el tema. Sin embargo, la única empresa que ha presentado un producto electrónico de nanotubos hasta ahora es la puesta en marcha de Menlo Park, CA Unidym , que fabrica electrodos a partir del material.
Los investigadores en el campo han estado hablando sobre pantallas de nanotubos durante años y el atraco, dice Mark Hersam de la Universidad Northwestern, ha sido la falta de un suministro suficientemente grande de nanotubos de carbono semiconductores. En 2006, el profesor de ciencia de los materiales Hersam desarrolló un método simple para purificar nanotubos basándose en sus propiedades centrifugándolos en una solución jabonosa. Luego fundó una empresa, llamada NanoIntegris , que ha estado suministrando nanotubos semiconductores a grupos como Zhou y el equipo de investigación de IBM. Una empresa recién formada en China y otra en Japón también están suministrando los nanotubos semiconductores necesarios para fabricar matrices de transistores para controlar las pantallas.
Con este suministro en su lugar, dice Hersam, es solo cuestión de tiempo antes de que una empresa presente un producto, ya sea que se fabrique con un método como el de Zhou o con algún otro método. Confío en que habrá un conjunto de productos en el futuro previsible, dice Hersam. Se trata de pasar de la creación de prototipos al mercado.