(Phys.org) —Quando si tratta di elettronica, il silicio dovrà ora condividere i riflettori. In un articolo recentemente pubblicato su Comunicazioni sulla natura , i ricercatori della USC Viterbi School of Engineering descrivono come hanno superato un grosso problema nella tecnologia dei nanotubi di carbonio sviluppando un flessibile, circuito ibrido ad alta efficienza energetica che combina transistor a film sottile di nanotubi di carbonio con altri transistor a film sottile. Questo ibrido potrebbe prendere il posto del silicio come materiale per transistor tradizionale utilizzato nei chip elettronici, poiché i nanotubi di carbonio sono più trasparenti, flessibile, e possono essere elaborati a un costo inferiore.

Il professore di ingegneria elettrica Dr. Chongwu Zhou e gli studenti laureati della USC Viterbi Haitian Chen, Yu Cao, e Jialu Zhang hanno sviluppato questo circuito ad alta efficienza energetica integrando transistor a film sottile (TFT) di nanotubi di carbonio (CNT) con transistor a film sottile composti da indio, gallio e ossido di zinco (IGZO).

"Ho ideato questo concetto nel gennaio 2013, " ha detto il dottor Chongwu Zhou, professore nel Dipartimento di Ingegneria Elettrica Ming Hsieh della USC Viterbi. "Prima di allora, stavamo lavorando duramente per provare a trasformare i nanotubi di carbonio in transistor di tipo n e poi un giorno, l'idea mi è venuta. Invece di lavorare così duramente per costringere i nanotubi a fare qualcosa per cui non sono utili, perché non troviamo semplicemente un altro materiale che sarebbe l'ideale per i transistor di tipo n, in questo caso, IGZO—così possiamo realizzare circuiti complementari?"

I nanotubi di carbonio sono così piccoli che possono essere visualizzati solo attraverso un microscopio elettronico a scansione. Questa ibridazione di film sottili di nanotubi di carbonio e film sottili di IGZO è stata ottenuta combinando i loro tipi, tipo p e tipo n, rispettivamente, creare circuiti in grado di funzionare in modo complementare, riducendo la perdita di potenza e aumentando l'efficienza. L'inclusione di transistor a film sottile IGZO era necessaria per fornire efficienza energetica per aumentare la durata della batteria. Se fossero stati usati solo nanotubi di carbonio, allora i circuiti non sarebbero efficienti dal punto di vista energetico. Combinando i due materiali, i loro punti di forza sono stati uniti e le loro debolezze nascoste.

Zhou ha paragonato l'accoppiamento di TFT con nanotubi di carbonio e TFT IGZO alla filosofia cinese di yin e yang.

"È come un matrimonio perfetto, " ha detto Zhou. "Siamo molto entusiasti di questa idea di integrazione ibrida e crediamo che ci sia un grande potenziale per questo".

Le potenziali applicazioni per questo tipo di circuiti integrati sono numerose, inclusi diodi organici a emissione di luce (OLED), circuiti digitali, tag di identificazione a radiofrequenza (RFID), sensori, elettronica indossabile, e dispositivi di memoria flash. Anche i display a comparsa sui cruscotti dei veicoli potrebbero presto diventare realtà.

La nuova tecnologia ha anche importanti implicazioni mediche. Attualmente, la memoria utilizzata nei computer e nei telefoni è realizzata con substrati di silicio, la superficie su cui sono costruiti i chip di memoria. Per ottenere informazioni mediche da un paziente come dati sulla frequenza cardiaca o sulle onde cerebrali, gli oggetti elettrodi rigidi vengono posizionati in diverse posizioni fisse sul corpo del paziente. Con questo nuovo circuito ibridato, però, gli elettrodi potevano essere posizionati su tutto il corpo del paziente con un solo oggetto grande ma flessibile.

Con questo sviluppo, Zhou e il suo team hanno aggirato la difficoltà di creare TFT con nanotubi di carbonio di tipo n e TFT IGZO di tipo p creando un'integrazione ibrida di TFT con nanotubi di carbonio di tipo p e TFT IGZO di tipo n e dimostrando un'integrazione su larga scala dei circuiti. Come prova del concetto, hanno realizzato un oscillatore ad anello di scala composto da oltre 1, 000 transistor. Fino a questo punto, tutti i transistor basati su nanotubi di carbonio avevano un numero massimo di 200 transistor.

"Crediamo che questa sia una svolta tecnologica, come nessuno l'ha mai fatto prima, " ha detto Chen haitiano, assistente di ricerca e dottorando di ricerca in ingegneria elettrica presso la USC Viterbi. "Questo ci dà un'ulteriore prova che possiamo realizzare integrazioni più grandi in modo da poter realizzare circuiti più complicati per computer e circuiti".

Il prossimo passo per Zhou e il suo team sarà costruire circuiti più complicati utilizzando un ibrido CNT e IGZO che ottenga funzioni e calcoli più complicati, nonché per costruire circuiti su substrati flessibili.

"Le possibilità sono infinite, poiché i circuiti digitali possono essere utilizzati in qualsiasi elettronica, " Disse Chen. "Un giorno saremo in grado di stampare questi circuiti facilmente come i giornali."

Zhou e Chen credono che la tecnologia dei nanotubi di carbonio, compreso questo nuovo ibrido CNT-IGZO, sarà commercializzato nei prossimi 5-10 anni.

"Credo che questo sia solo l'inizio della creazione di soluzioni integrate ibride, " ha detto Zhou. "Vedremo un sacco di lavoro interessante in arrivo."