Estrutura do transistor e destino do material para a tecnologia digital IC baseada em CNT FET. (A) Diagrama esquemático mostrando um FET de porta superior baseado em CNT com um passo de CNT ideal de 5 a 10 nm. S, fonte; D, ralo. (B) Pureza semicondutora versus densidade de matrizes de CNT. A região de utilidade é marcada como uma caixa oca azul, e nossos resultados estão localizados na região rosa, com uma típica marcada como uma estrela vermelha. Crédito: Ciência (2020). DOI:10.1126 / science.aba5980
Uma equipe de pesquisadores afiliados a várias instituições na China desenvolveu um novo processo para produzir nanotubos de carbono bem alinhados (CNT) em um wafer de silício de 10 centímetros. Em seu artigo publicado na revista Ciência , o grupo descreve seu processo e quão bem ele se compara a projetos de silício de tipo semelhante.
Os cientistas sabem há muitos anos que chegará o dia em que os processadores de silício atingirão os limites físicos, já que eles só podem ser feitos tão pequenos. Por causa disso, os cientistas têm procurado um substituto viável. Neste novo esforço, os pesquisadores na China têm investigado a possibilidade de usar matrizes de CNT como um substituto para o silício.
Os nanotubos de carbono são essencialmente folhas de carbono com a espessura de um átomo enroladas em tubos. Eles apresentam a possibilidade de uso em chips de computador porque podem ser feitos para se comportar como semicondutores. Esforços anteriores mostraram que CNTs individuais podem ser usados para criar transistores, mas uma abordagem melhor é usar grupos alinhados deles. Impedir tais pesquisas tem sido o desafio de produzir CNTs que tenham o grau de consistência necessário para uma aplicação tão precisa. Outro desafio tem sido evitar que os CNTs se tornem metálicos durante o processamento. Neste novo esforço, os pesquisadores produziram matrizes de CNT bem alinhadas com maior consistência do que outros métodos - e relatam que apenas uma em um milhão se torna metálica.
O processo envolveu colocar CNTs em um solvente de tolueno e, em seguida, adicionar um polímero para revesti-los. Próximo, os CNTs foram passados duas vezes por uma centrífuga que os classificou por capacidade semicondutora. A próxima etapa envolveu colocar os CNTs em uma solução líquida (junto com uma pequena quantidade de 2-buteno-1, 4-diol) e, em seguida, mergulhando uma pastilha de silício na solução. O butenodiol na solução revestiu a bolacha enquanto os CNTs formaram ligações de hidrogênio. Quando o wafer foi retirado da solução, os CNTs se auto-montaram ao longo da linha que se formou entre o butenodiol e o wafer. O resultado final foi uma série de CNTs alinhados em um wafer de silício.
O método permitiu uma densidade entre 100 e 200 por micrômetro, significativamente acima dos 47 observados em outros métodos. A equipe também testou seu processo usando seu wafer de silício coberto com CNT para construir um transistor de efeito de campo, que eles notaram superou um transistor semelhante construído usando silício.
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