للمرة الأولى الترانزستور المصنوع من أنابيب الكربون متناهية الصغر يتفوق على السليكون

حاول العلماء لعقود تسخير الخصائص الفريدة لأنابيب الكربون المتناهية الصغر (النانو) لخلق الكترونيات عالية الأداء سواء أسرع أو تستهلك طاقة أقل مما يؤدي إلى حياة أطول للبطارية واتصالات لاسلكية أسرع وسرعات معالجة أسرع لأجهزة مثل الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة.

ولكن عددا من التحديات أعاقت تطوير الترانزستورات عالية الأداء المصنوعة من أنابيب الكربون النانو وهي اسطوانات صغيرة من الكربون بسمك ذرة واحدة فقط. ونتيجة لذلك قد تخلف أداءها لما هو أقل من أشباه الموصلات مثل السيليكون و زرنيخيد الجاليوم المستخدم في رقائق الكمبيوتر والأجهزة الإلكترونية الشخصية.

الآن وللمرة الأولى استطاع مهندسو المواد بجامعة ويسكونسن ماديسون خلق ترانزستورات من أنابيب الكربون النانو تتفوق على ترانزستورات السيليكون.

حققت ترانزستورات أنابيب الكربون النانو تيار أعلى 1.9 مرة من ترانزستورات السيليكون.

هذا التقدم يمكن أن يمهد الطريق لأن تحل ترانزستورات أنابيب الكربون محل ترانزستورات السيليكون مع الاستمرار في تقديم مكاسب الأداء التي تعتمد عليها صناعة الكمبيوتر والتي يطلبها المستهلكون.

الترانزستورات الجديدة واعدة بشكل خاص لتقنيات الاتصالات اللاسلكية التي تتطلب الكثير من التيار المار عبر منطقة صغيرة نسبيا.

الأنابيب الكربونية متناهية الصغر التي تعد من أفضل الموصلات الكهربائية التي تم اكتشافها أثبتت أنها مادة واعدة لترانزستورات الجيل القادم.

ترانزستورات أنابيب الكربون النانو ينبغي أن تكون قادرة على أداء أسرع بخمس مرات أو تستخدم استخدام خمس مرات طاقة أقل من ترانزستورات السيليكون وفقا لاستقراء من القياسات لأنبوبة كربون نانو واحدة. تمكن القياسات الفائقة الصغر لأنابيب النانو تغيير سريع لإشارة التيار الذي يسير خلالها مما قد يؤدي إلى مكاسب كبيرة في عرض النطاق الترددي لأجهزة الاتصالات اللاسلكية.

كافح الباحثون لعزل أنابيب كربون نانو نقية وهي عملية هامة لأن شوائب الأنابيب المعدنية تتصرف مثل أسلاك النحاس وتعطل خواص شبه الموصلات  مثل حدوث ماس في جهاز الكتروني.

استخدم الفريق البحثي بوليمرات لفرز انتقائي للأنابيب المتناهية الصغر (النانو) شبه الموصلة والوصول لمحلول من الأنابيب الكربونية فائقة النقاء.

تعدعملية تحديد وضع الأنابيب ومحاذاتها عملية من الصعب السيطرة عليها.

لعمل ترانزستور جيد يجب محاذاة الأنابيب الكربونية النانو بترتيب صحيح بمسافة مناسبة للتباعد بعد تجميعها على رقاقات. في عام 2014، تغلب الباحثون على هذا التحدي عندما أعلنوا عن تقنية تسمى “التجميع الذاتي المتبخر العائم” التي تتيح لهم هذه السيطرة.

يجب على أنابيب الكربون النانو أن تعمل كنقاط تماس كهربي جيد مع الأقطاب المعدنية للترانزستور.

بسبب استخدام الباحثين لبوليمر لعزل الأنابيب النانو شبه الموصلة فهذا البوليمر يعمل كطبقة عازلة بين الأنابيب النانو والأقطاب لذا قام الفريق بـ”خبز” صفوف الأنابيب النانو في فرن مفرغ لإزالة هذه الطبقة العازلة. النتيجة: نقاط اتصال كهريية ممتازة لأنابيب الكربون النانو.

طور الباحثون أيضا نظام معالجة يزيل البقايا من الأنابيب النانو بعد الانتهاء من تجهيزها في محلول.

https://www.sciencedaily.com/releases/2016/09/160902152049.htm