基于新型碳纳米管的薄膜晶体管问世

2011-2-18 09:32 来源: 中国科学院
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  据美国物理学家组织网2月17日(北京时间)报道,最近,科学家研制出了金属性和半导体性之间平衡达到最优化的新式碳纳米管,并使用这种纳米管制造出了薄膜晶体管(TFT),未来有望研制出诸如电子书和电子标签等高性能、透明的柔性设备。

  日本名古屋大学的科学家孙东明(音译)和同事以及芬兰阿尔托大学科学家在最新一期《自然·纳米技术》杂志上,介绍了用这种新碳纳米管制造薄膜晶体管和柔性集成电路的研究。

  碳纳米管的电子属性可以分为金属性和半导体性两种,且这两种属性的碳纳米管相互“粘连”成绳索状或束状,这时金属性比半导体性还要强,而只有半导体性的纳米管才可用作晶体管,这就使碳纳米管的用途大打折扣。尽管金属性可增加晶体管载荷子的运动能力,但它也能降低晶体管的开关频率。

  最新研究中,科学家研发出了一种制造碳纳米管的新方式,让纳米管的金属性和半导体性之间的平衡达到了最优化。新纳米管网络中包含有直的、相对较长(10微米)的纳米管(其中30%是金属),而且,新网络的纳米管之间Y形接口比X形接口多,其电阻也更低。

  科学家使用这种新纳米管网络制造出了薄膜晶体管,与以前的纳米晶体管相比,新晶体管的载荷子运动能力和开关频率都很高。研究人员表示,运动能力高主要得益于纳米管网络独特的形态;开关频率高则源于构造过程可以控制金属纳米管的密度,使其密度更低。

  科学家还制造出了能处理顺序逻辑的集成电路,这是迄今为止首个基于碳纳米管的顺序逻辑集成电路。在该电路中,输出值不仅取决于当前的输入值,也取决于历史输入值,这使其具有存储或者记忆能力。

  该研究的联合作者、名古屋大学教授大野裕表示,通过让制造过程规模化并使用改进后的印刷技术,科学家可以使用这些基于纳米管的薄膜晶体管,制造出廉价的柔性电子产品,比如智能手机和电子纸等。并有望在5年内实现商业化生产。