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Un gran avance en transistores de nanotubos
Controlar el crecimiento de nanotubos de carbono en grandes áreas de superficie es esencial para fabricar transistores con salidas de corriente suficientes y propiedades consistentes para su uso en circuitos electrónicos. En un avance significativo hacia dicha electrónica basada en nanotubos, los investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana Champaign (UIUC) han cultivado filas de nanotubos de carbono perfectamente alineados en cristal de cuarzo y han utilizado estas matrices para fabricar transistores. Los electrodos en estos transistores bordean las filas de nanotubos de modo que miles de nanotubos unen los electrodos, aumentando la corriente.
Transistores de tubo: Investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana Champaign han desarrollado una técnica para cultivar miles de nanotubos de carbono (que se muestran en azul y blanco en esta micrografía electrónica de barrido coloreada). Los investigadores depositan electrodos (que se muestran en oro) en dos lados de las matrices de nanotubos para crear transistores que tienen cientos de nanotubos que unen los electrodos.
en un Nanotecnología de la naturaleza paper, los investigadores, dirigidos por John Rogers , profesor de ciencia e ingeniería de materiales en UIUC, ha demostrado transistores hechos con aproximadamente 2,000 nanotubos, que pueden transportar corrientes de un amperio, miles de veces más que la corriente posible con nanotubos individuales. Los investigadores también han desarrollado una técnica para transferir las matrices de nanotubos a cualquier sustrato, incluido el silicio, el plástico y el vidrio.
Los transistores de nanotubos podrían usarse en pantallas flexibles y papel electrónico. Debido a que los nanotubos de carbono pueden transportar corriente a velocidades mucho más altas que el silicio, los dispositivos también podrían usarse en sistemas de comunicación de radiofrecuencia (RF) de alta velocidad y etiquetas de identificación. De hecho, el equipo de investigación está trabajando con Northrop Grumman para utilizar la tecnología en dispositivos de comunicación de RF, dice Rogers.
Hasta ahora, hacer transistores con múltiples nanotubos de carbono significaba depositar electrodos en capas en forma de malla de nanotubos de carbono no alineados, dice Rogers. Pero dado que los nanotubos de carbono dispuestos al azar se cruzan entre sí, en cada cruce, las cargas que fluyen enfrentan una resistencia, lo que reduce la corriente del dispositivo. La matriz perfectamente alineada resuelve este problema porque no hay absolutamente ninguna unión de superposición de tubo a tubo, dice Rogers.
El equipo de investigación crea las matrices modelando tiras delgadas de un catalizador de hierro en cristales de cuarzo y luego cultivando nanotubos de carbono de nanómetros de ancho a lo largo de esas tiras utilizando la deposición de vapor de carbono convencional. El cristal de cuarzo alinea los nanotubos. Luego, los investigadores pueden hacer transistores depositando electrodos de fuente, drenaje y compuerta utilizando fotolitografía convencional.
Los investigadores no han podido cultivar matrices de nanotubos bien alineados hasta ahora, según Robert Hauge , profesor de química que estudia nanotubos de carbono en la Universidad de Rice. De hecho, la alineación ya no es una maravilla, dice Ali Javey , profesor asistente de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación en la Universidad de California, Berkeley.
Hacer una matriz bien ordenada en la que se conecten nanotubos paralelos entre la fuente y los electrodos de drenaje es un gran logro, dice Richard Martel , profesor de química en la Universidad de Montreal. El nuevo trabajo permite una verdadera comparación entre los transistores de nanotubos y los transistores de silicio porque una matriz de nanotubos da una estructura plana similar a los dispositivos de silicio, dice. Hicieron exactamente lo que había que hacer y es un paso importante.
Los investigadores fabricaron y probaron cientos de transistores de nanotubos y encontraron que los dispositivos tienen propiedades eléctricas consistentes, aunque la propiedad de cada nanotubo en un dispositivo puede variar ligeramente. Hay una cantidad tan grande de tubos operativos en cada dispositivo que hay un efecto de promedio estadístico, dice Rogers.
Además, las propiedades de los nanotubos no cambian incluso si se transfieren a plásticos u otros sustratos. [Los] tubos se levantan físicamente del cuarzo y luego se imprimen en el sustrato objetivo para que no alteren la posición y orientación de los nanotubos, dice Rogers. Debido a este proceso de transferencia, dice que las matrices podrían integrarse con la fabricación de silicio para hacer circuitos con dispositivos de silicio y nanotubos interconectados; los dispositivos de nanotubos podrían manejar las operaciones de alta velocidad del circuito. Para hacer un chip de este tipo, solo se necesitaría transferir las matrices de nanotubos a la oblea de silicio al comienzo de la fabricación. Una vez hecho esto, se podrían agregar dispositivos de silicio. Ni siquiera piensas en ellos como tubos, dice Roger. En efecto, es un sustrato uniforme de película delgada, y usted simplemente procesa.
Por ahora, los nuevos transistores serán útiles para circuitos electrónicos más grandes, como los de pantallas flexibles y chips de RF, pero para usarse en productos electrónicos de alto rendimiento como chips de computadora, los dispositivos necesitan una estructura y geometría mucho mejores, dice Javey. Por ejemplo, los dispositivos tendrían que ser mucho más pequeños de lo que son ahora: los transistores tienen actualmente decenas de micrómetros de largo y ancho.
Para fabricar dispositivos más pequeños, el equipo de UIUC está trabajando para hacer que los arreglos sean más densos. En este momento, la distancia entre tubos adyacentes es de 100 nanómetros, pero teóricamente, esta separación podría reducirse a solo un nanómetro sin afectar las propiedades eléctricas, dice Martel.
Otra área clave que necesita trabajo es encontrar una forma efectiva de fabricar dispositivos con solo nanotubos semiconductores, dice Rogers. Por lo general, un tercio de los nanotubos en cualquier lote desarrollado son metálicos, lo que hace que una pequeña corriente fluya a través de un transistor incluso cuando está apagado. Los investigadores usan un truco común para deshacerse de los tubos metálicos: apague un transistor y aplique un alto voltaje que explote los tubos metálicos. Pero para hacer transistores de buena calidad a mayor escala, necesitarían encontrar una mejor manera de deshacerse de los tubos metálicos o hacer crecer selectivamente los tubos semiconductores. Esa, según Javey, es la última gran clave para hacer electrónica de nanotubos.