p (Phys.org) - Nanotubos de carbono de parede única podem um dia substituir o silício na eletrônica, mas para fazer isso, os nanotubos devem ser alinhados em matrizes densas para um desempenho ideal. Até aqui, a maior densidade de nanotubos é inferior a 50 tubos / μm, mas em um novo estudo, os pesquisadores quebraram esse recorde ao atingir uma densidade de mais de 500 tubos / μm. A maior densidade leva a um melhor desempenho, levando os nanotubos um passo mais perto de desempenhar um papel nas tecnologias pós-silício. p Os pesquisadores, Qing Cao na IBM T.J. Watson Research Center em Yorktown Heights, Nova york, e co-autores, publicaram seu estudo sobre as densas matrizes de nanotubos de carbono em uma edição recente da Nature Nanotechnology .

p Como os pesquisadores explicaram, eletrônicos baseados em nanotubos de carbono com as melhores propriedades elétricas devem ter nanotubos que são puramente semicondutores, que estão bem alinhados, e que formam matrizes com uma densidade tão alta quanto possível, até cobrir todo o substrato.

p Para atender a esses requisitos, os pesquisadores usaram uma técnica de fabricação chamada método Langmuir-Schaefer, que envolve a dispersão de nanotubos semicondutores pré-enriquecidos na superfície da água. Os nanotubos flutuantes se espalham para cobrir toda a superfície como resultado da tensão superficial. A aplicação de uma força compressiva monta os nanotubos em matrizes bem ordenadas, e a compressão é interrompida quando o filme de nanotubo se torna incompressível, o que indica que os arranjos de nanotubos cobriram toda a superfície. Os arranjos de nanotubos resultantes têm uma pureza semicondutora de 99% e estão alinhados dentro de 17 ° um do outro.

p Como explicam os pesquisadores, a maior melhoria vem do aumento da densidade. Considerando que as matrizes anteriores com densidades de menos de 50 tubos / densidade μm cobrem cerca de 10% de uma superfície, a nova matriz com densidade de 500 tubos / μm pode cobrir quase 100% de uma superfície. Imagens de um microscópio eletrônico de tunelamento revelam ainda que uma superfície com nanotubos embalados em uma camada dupla tem uma densidade de tubo estimada de até 1, 100 tubos / μm.

p O aumento da densidade fornece melhorias substanciais nas propriedades dos dispositivos eletrônicos construídos com nanotubos. Por exemplo, eletrônicos de filme fino de baixo custo podem ser construídos em nanotubos de carbono e realizar novas aplicações, como economicamente descartáveis, mecanicamente flexível, e / ou dispositivos eletrônicos opticamente transparentes. A maioria dos transistores de película fina de nanotubos de carbono relatados até agora foram construídos com matrizes ou densidades de rede de 6 a 10 tubos / μm. Esta cobertura de superfície limitada resulta em uma capacitância de porta por área que é cerca de 10 vezes menor do que a dos transistores de filme fino convencionais construídos em materiais como silício amorfo ou semicondutores de óxido, o que diminui a velocidade de operação e aumenta a resistência de saída. Por outro lado, transistores construídos com matrizes de nanotubos de alta densidade podem superar completamente esta limitação, levando a um desempenho significativamente melhorado do dispositivo.

p Os pesquisadores também esperam que os nanotubos de carbono substituam o silício no final do atual roteiro de dimensionamento para estender ainda mais a lei de Moore. Para tais aplicativos de alto desempenho, alta densidade de tubo é necessária para atingir alta densidade de saída de corrente, que permite maior velocidade de operação e maior densidade de embalagem do dispositivo. Em comparação com os melhores resultados anteriores obtidos em dispositivos construídos com uma densidade de matriz de 4 tubos / μm, nano-transistores dimensionados construídos com as matrizes de alta densidade demonstram desempenho várias vezes melhor, com a maior transcondutância e densidade de corrente relatada ainda para transistores de nanotubos, juntamente com uma alta razão liga / desliga de cerca de 10 ³ .

p Os pesquisadores aqui preveem que as propriedades elétricas dos arranjos de nanotubos de alta densidade podem ser melhoradas fazendo várias modificações, como melhorar o contato elétrico entre as matrizes de nanotubos e eletrodos de metal, usando melhores técnicas de separação de nanotubos, e melhorando a consistência do dispositivo. No futuro, os pesquisadores afirmam que os principais desafios residirão na necessidade de um controle extremo de engenharia, e não nas limitações intrínsecas dos próprios nanotubos.

p "Para aplicações lógicas de alto desempenho. Atualmente, nossa meta é substituir o silício por nanotubos de carbono em um nó de tecnologia de 5 nm em 2022-23, "Cao disse Phys.org . "Melhorias significativas foram alcançadas, especialmente no aspecto material, durante os últimos cinco anos. Agora podemos separar nanotubos semicondutores e metálicos com pureza acima de 99%, e montar nanotubos em alta densidade. Melhorias adicionais para atingir 99,99% de pureza e reduzir defeitos presentes durante a montagem é mais ou menos um desafio de controle de engenharia.

p "Ao mesmo tempo, mais trabalho precisa ser feito para melhorar ainda mais o dispositivo, especialmente nesta dimensão extremamente dimensionada. Por exemplo, a resistência de contato do dispositivo deve ser reduzida com a restrição do comprimento de contato limitado. Um processo autoalinhado para fabricar transistores de nanotubos sub-10 nm precisa ser estabelecido para minimizar a capacitância parasita. Para eletrônicos de filme fino, Na minha opinião, os nanotubos de carbono estão quase prontos para competir com outras tecnologias do mercado. Algumas melhorias adicionais ainda são necessárias em termos de confiabilidade e uniformidade do dispositivo, mas o maior desafio é encontrar a aplicação de nicho adequada. " p Copyright 2013 Phys.org
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