Struttura del transistor e target materiale per la tecnologia IC digitale basata su CNT FET. (A) Diagramma schematico che mostra un FET top-gate basato su CNT con un passo CNT ideale da 5 a 10 nm. S, fonte; D, drenare. (B) Purezza dei semiconduttori rispetto alla densità degli array CNT. La regione di utilità è contrassegnata da una casella vuota blu, e i nostri risultati si trovano nella regione rosa, con una tipica contrassegnata da una stella rossa. Credito: Scienza (2020). DOI:10.1126/science.aba5980
Un team di ricercatori affiliati a diverse istituzioni in Cina ha sviluppato un nuovo processo per produrre array di nanotubi di carbonio (CNT) ben allineati su un wafer di silicio di 10 centimetri. Nel loro articolo pubblicato sulla rivista Scienza , il gruppo descrive il loro processo e come è stato confrontato con progetti di silicio di tipo simile.
Gli scienziati sapevano da molti anni che sarebbe arrivato un giorno in cui i processori al silicio avrebbero raggiunto i limiti fisici, in quanto possono essere fatti solo così piccoli. A causa di ciò, gli scienziati sono alla ricerca di un valido sostituto. In questo nuovo sforzo, i ricercatori in Cina hanno studiato la possibilità di utilizzare gli array CNT in sostituzione del silicio.
I nanotubi di carbonio sono essenzialmente fogli di carbonio dello spessore di un atomo arrotolati in tubi. Presentano la possibilità di essere utilizzati nei chip dei computer perché possono essere fatti funzionare come semiconduttori. Gli sforzi precedenti hanno dimostrato che i singoli CNT possono essere utilizzati per creare transistor, ma un approccio migliore consiste nell'utilizzare gruppi allineati di essi. Impedire tale ricerca è stata la sfida di produrre CNT che abbiano il grado di coerenza necessario per un'applicazione così precisa. Un'altra sfida è stata impedire ai CNT di diventare metallici durante la lavorazione. In questo nuovo sforzo, i ricercatori hanno prodotto array di CNT ben allineati con maggiore consistenza rispetto ad altri metodi e riferiscono che solo uno su un milione risulta metallico.
Il processo prevedeva di mettere i CNT in un solvente toluene e quindi aggiungere un polimero per rivestirli. Prossimo, i CNT sono stati fatti passare due volte attraverso una centrifuga che li ha selezionati per capacità di semiconduttore. Il passaggio successivo consisteva nel mettere i CNT in una soluzione liquida (insieme a una piccola quantità di 2-butene-1, 4-diolo) e poi immergendo un wafer di silicio nella soluzione. Il butene diolo nella soluzione rivestiva il wafer mentre i CNT formavano legami idrogeno. Quando il wafer è stato sollevato dalla soluzione, i CNT si autoassemblavano lungo la linea che si era formata tra il butene diolo e il wafer. Il risultato finale è stato un array di CNT allineati su un wafer di silicio.
Il metodo ha consentito una densità compresa tra 100 e 200 per micrometro, in modo significativo rispetto ai 47 osservati in altri metodi. Il team ha anche testato il processo utilizzando il wafer di silicio ricoperto di CNT per costruire un transistor ad effetto di campo, che hanno notato che ha superato un transistor simile costruito con silicio.
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