211service.com
Praktyczna elektronika nanorurek
Nanorurki węglowe są obiecującym materiałem do wytwarzania obwodów sterowania wyświetlaczem, ponieważ są bardziej wydajne niż krzem i można je układać na elastycznych powierzchniach. Jednak do niedawna przekształcanie nanorurek w tranzystory było żmudnym procesem. Teraz naukowcy z University of Southern California zademonstrowali duże, funkcjonalne macierze tranzystorów wykonane prostymi metodami z partii nanorurek węglowych, które są stosunkowo zanieczyszczone.
Macierz nanorurek: To zdjęcie przedstawia trzycalowy wafel krzemowy pokryty szeregiem tranzystorów z nanorurek węglowych. Chociaż tranzystory te zostały wykonane przy użyciu prostych procesów w temperaturze pokojowej, ich wydajność jest wystarczająco dobra, aby sterować pikselami wyświetlacza.
Piksele na ekranie komputera lub telewizora, niezależnie od tego, czy jest to LCD, czy plazma, są kontrolowane przez kilka tranzystorów. W dzisiejszych urządzeniach te tranzystory są wykonane z krzemu. Macierze tych tranzystorów muszą być wykonane w wysokich temperaturach i w próżni, więc są bardzo drogie, mówi Chongwu Zhou , profesor nadzwyczajny elektrotechniki na USC i badacz projektu nanorurek.
Tranzystory zostały również wykonane z nanorurek węglowych, ale to również stanowi wyzwanie. Wiele osób używa jednej nanorurki do stworzenia bardzo małego, wysokowydajnego tranzystora do chipów komputerowych, mówi Zhou. Ale ten stosunek jeden do jednego nie sprawdzi się w przypadku wyświetlaczy, w których duża powierzchnia musi być pokryta tranzystorami. Jeśli użyjemy jednej nanorurki na jeden tranzystor, wydajność nigdy nie będzie wystarczająco wysoka, aby pracować na dużą skalę w produkcji dużych ekranów – mówi. Zhou wierzy, że jego podejście rozwiąże ten problem, wytwarzając większe tranzystory z mat z nanorurek.
Naukowcy z USC wytwarzają duże macierze tranzystorów z nanorurek węglowych przy użyciu technik przetwarzania roztworu w temperaturze pokojowej. Zaczynają od umieszczenia wafla krzemowego w kąpieli chemicznej, aby pokryć jego powierzchnię substancją chemiczną przyciągającą nanorurki, a następnie spłukać pozostałości. Obrobiony wafel jest następnie zanurzany w roztworze półprzewodnikowych nanorurek węglowych, które są przyciągane do jego powierzchni. Wafel, teraz pokryty dywanem z nanorurek, jest ponownie płukany do czysta. Aby zrobić tranzystory z tego splątanego bałaganu, naukowcy umieścili metalowe elektrody w wybranych miejscach. Elektrody określają położenie każdego tranzystora i przenoszą elektrony do i z nanorurek, które znajdują się między nimi. Obszary krzemu pod każdym urządzeniem działają jak bramki tranzystorów. Do tej pory zbudowali prototypowe urządzenie na czterocalowej płytce krzemowej i wykorzystali je do sterowania prostym organicznym wyświetlaczem diodowym. Ta praca jest opisana online w czasopiśmie Litery nano .
Inni badacze wykonali tranzystory z dywaników z nanorurek, stosując przetwarzanie w roztworze, ale te projekty rozpoczęły się od mieszanin nanorurek przewodzących i półprzewodnikowych, co doprowadziło do bardzo słabej wydajności. Pod koniec ubiegłego roku naukowcy z IBM i Northwestern University wykorzystali wysoce oczyszczone półprzewodnikowe nanorurki do stworzenia wysokowydajnych macierzy tranzystorów, w których wszystkie nanorurki układają się w niemal proste linie, co poprawia ich właściwości elektryczne.
Znaczenie prac USC polega na tym, że pokazuje, że macierze wykonane tylko z 95 procent półprzewodnikowych nanorurek, które nie są wyrównane, nadal mają wystarczająco dobrą wydajność dla wyświetlaczy, mówi Zhou.
Po raz pierwszy ktoś pokazał osadzone w roztworze, oczyszczone lampy półprzewodnikowe do wysokiej jakości tranzystorów, mówi John Rogers , profesor inżynierii materiałowej na Uniwersytecie Illinois w Urbana-Champaign. Osiągnięcie polega na zintegrowaniu kilku obiecujących podejść w celu zademonstrowania pełnej sekwencji wytwarzania elektroniki.
Teraz, gdy jego grupa wykazała wykonalność tych technik, mówi Zhou, pracuje nad zbudowaniem prawdziwie zintegrowanego organicznego wyświetlacza LED, który jest elastyczny i przezroczysty. Taki wyświetlacz może być zwinięty, aby zmieścił się w kieszeni lub zamontowany na przedniej szybie samochodu, aby wyświetlać informacje kierowcy. Pierwszym krokiem jest wyeliminowanie sztywnego krzemu. Ponieważ nanorurki można układać w temperaturze pokojowej, naukowcy z USC mogą budować je na elektrycznie aktywnych plastikowych arkuszach, które nie tolerują wysokich temperatur. Pracują również nad zastąpieniem sztywnych elektrod metalowych powłoką z tlenku indowo-cynowego, powszechnie używanego, elastycznego, przezroczystego materiału elektrodowego. W swoim prototypie organiczne piksele LED są połączone przewodami z macierzą tranzystorów; aby je zintegrować, będą musieli wymyślić metody budowania diod LED na górze obwodu sterującego.
Zhou mówi, że rozmawia z firmami produkującymi wyświetlacze o komercjalizacji tych metod. Koreański gigant wyświetlaczy LG wykazał zainteresowanie elektroniką z nanorurek węglowych, a naukowcy IBM publikują na ten temat. Jednak jedyną firmą, która jak dotąd wypuściła produkt elektroniczny z nanorurek, jest start-up Menlo Park w Kalifornii Unidym , który tworzy elektrody z materiału.
Naukowcy w tej dziedzinie od lat rozmawiają o wyświetlaczach z nanorurek io tym zatorze, mówi Mark Hersam Northwestern University, był brak wystarczającej ilości półprzewodnikowych nanorurek węglowych. W 2006 roku profesor materiałoznawstwa Hersam opracował prostą metodę oczyszczania nanorurek na podstawie ich właściwości poprzez odwirowanie ich w roztworze mydła. Następnie założył firmę o nazwie NanoIntegris , która dostarcza nanorurki półprzewodnikowe grupom, w tym Zhou i zespołowi badawczemu IBM. Nowo utworzona firma w Chinach i jedna w Japonii również dostarczają półprzewodnikowe nanorurki potrzebne do produkcji macierzy tranzystorowych do sterowania wyświetlaczami.
Dzięki takim dostawom, mówi Hersam, to tylko kwestia czasu, zanim firma wyjdzie z produktem, niezależnie od tego, czy jest on wytwarzany metodą taką jak Zhou, czy inną metodą. Jestem przekonany, że w najbliższej przyszłości pojawi się zestaw produktów, mówi Hersam. To kwestia przejścia od prototypowania do wprowadzenia na rynek.