Al darse cuenta de circuitos integrados de nanotubos de carbono

capas de encapsulación mantienen transistores de nanotubos de carbono estable en el aire abierto

Universidad del Noroeste

transistores individuales a base de nanotubos de carbono son más rápidos y más eficientes energéticamente que las hechas de otros materiales. Pasar de un solo transistor de un circuito integrado llena de transistores, sin embargo, es un paso de gigante.

“Un solo microprocesador tiene mil millones de transistores en él”, dijo de Northwestern Ingeniería Marcos Hersam. “Todo millones de ellos trabajan. Y no sólo funcionan, pero funcionan de forma fiable durante años o incluso décadas “.

Al intentar dar el salto de un individuo, el transistor basados ??en nanotubos de circuitos integrados de obleas escala, muchos equipos de investigación, incluyendo Hersam, se han reunido de desafíos. Por un lado, el proceso es muy costoso, requiriendo a menudo las salas blancas mil millones de dólares para mantener los delicados componentes de tamaño nanométrico a salvo de los efectos potencialmente dañinos del aire, el agua y el polvo. Los investigadores también han luchado para crear un circuito integrado basado en nanotubos de carbono en el que los transistores son espacialmente uniforme a través del material, que es necesario para el sistema global para trabajar.

Ahora Hersam y su equipo de la Northwestern University han encontrado una clave para resolver todos estos problemas. El secreto está en las capas de encapsulación de nuevo desarrollo que protegen a los nanotubos de carbono derivadas de la degradación del medio ambiente.

Con el apoyo de la Oficina de Investigación Naval y la Fundación Nacional de Ciencias, la investigación aparece en línea enNature Nanotechologyon 7 de septiembre. Tobin J. Marks, el profesor Vladimir N. Ipatieff Investigación de Química en el Colegio Weinberg de Artes y Ciencias de Northwestern y profesor de ciencias de los materiales e ingeniería en la Escuela McCormick de Ingeniería, coautor del papel. Michael Geier, un estudiante graduado en el laboratorio de Hersam, fue el primer autor.

“Una de las realidades de un nanomaterial, como un nanotubo de carbono, es que prácticamente la totalidad de sus átomos en la superficie”, dijo Hersam, el profesor Walter P. Murphy de Ciencia de los Materiales e Ingeniería. “Así que cualquier cosa que toca la superficie de estos materiales puede influir en sus propiedades. Si realizamos una serie de transistores y los dejó en el aire, el agua y el oxígeno se adhieren a la superficie de los nanotubos, degradando con el tiempo. Pensamos que la adición de una capa de encapsulación protectora podría detener este proceso de degradación de lograr tiempos de vida mucho más larga “.

Hersam compara su solución para que se utiliza actualmente para los diodos orgánicos emisores de luz (LEDs), que experimentó problemas similares después de que se realizaron en primer lugar. Mucha gente asume que los LED orgánicos no tendrían futuro porque degradan en el aire. Después los investigadores desarrollaron una capa de encapsulación para el material, los LED orgánicos se utilizan ahora en muchas aplicaciones comerciales, incluyendo pantallas de los teléfonos inteligentes, las radios de coche, televisores y cámaras digitales. Hecho de polímeros y óxidos inorgánicos, la capa de encapsulación de Hersam se basa en la misma idea, pero a medida para los nanotubos de carbono.

Para demostrar la prueba de concepto, desarrollado Hersam memoria de acceso aleatorio estática circuitos basados ??en nanotubos (SRAM). SRAM es un componente clave de todos los microprocesadores, a menudo haciendo hasta tanto como el 85 por ciento de los transistores en la unidad de procesamiento central en un ordenador común. Para crear los nanotubos de carbono encapsuladas, el equipo deposita primero los nanotubos de carbono a partir de una solución previamente desarrollado en el laboratorio de Hersam. Luego se recubren los tubos con sus capas de encapsulación.

El uso de los nanotubos de carbono encapsuladas, el equipo de Hersam diseñado con éxito y conjuntos de circuitos de trabajo SRAM fabricado. No sólo las capas de encapsulado protege el dispositivo sensible al medio ambiente, sino que mejoran la uniformidad espacial entre los transistores individuales a través de la oblea. Mientras que los circuitos integrados de Hersam demostraron una larga vida útil, los transistores que se deposita a partir de la misma solución, pero revestido degradados dentro de horas.

“Después de que hemos hecho los dispositivos, podemos dejarlos fuera en el aire sin más precauciones”, dijo Hersam. “No necesitamos ponerlos en una cámara de vacío o de ambiente controlado. Otros investigadores han hecho dispositivos similares, pero inmediatamente tuvo que ponerlos en una cámara de vacío o de ambiente inerte para mantenerlos estables. Que obviamente no va a funcionar en una situación del mundo real “.

Hersam imagina que su, SRAM-aire estable solución de procesado podría ser utilizado en las tecnologías emergentes. transistores basados ??en nanotubos de carbono flexibles podrían sustituir al silicio rígido para permitir la electrónica usable. El método de fabricación más barato también abre las puertas para tarjetas inteligentes – Tarjetas de crédito integrados con información personal para reducir la posibilidad de fraude.

“Las tarjetas inteligentes son sólo es realista si se pueden realizar utilizando extremadamente bajo coste de fabricación,” dijo. “Debido a que nuestras soluciones de nanotubos de carbono procesados ??son compatibles con los métodos de impresión escalable y de bajo costo, nuestros resultados podrían permiten a las tarjetas inteligentes y aplicaciones relacionadas electrónicos impresos.”

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