На смену кремнию могут прийти пленки из нанотрубок

Ученым удалось собрать огромное количество нанотрубок из углерода в упорядоченный массив, что было зафиксировано при наблюдениях под микроскопом. Эти эксперименты приблизили то время, когда кремниевая технология будет заменена более совершенной, с точки зрения развития электроники и вычислительной техники.

Такой перспективной технологией может стать применение однослойного массива углеродных нанотрубок. До сих пор не удавалось создать плотный массив из нанотрубок с плотностью более 50 труб / мкм. Но в новом исследовании ученым удалось достичь рубежа в 500 труб / мкм. Чем выше плотность расположения нанотрубок, тем более получаемый материал соответствует требованиям по созданию заменителя кремния, обеспечивающего большую производительность вычислительных устройств.

Ученые из Исследовательского Центра IBM в Йорктаун Хайтс, штат Нью-Йорк, Квинг Сао (Qing Cao) с соавторами, опубликовали статью об исследовании плотных массивов углеродных нанотрубок в недавнем выпуске журнала «Nature Nanotechnology». В своей работе они показали, что электроника, основанная на применении нанотрубок, должна использовать полупроводниковый материал максимальной чистоты, упорядоченности и максимальной плотности упаковки трубок по всему объему.

Для удовлетворения этих требований, исследователи использовали технику изготовления называемую методом Ленгмюра-Шефера (Langmuir-Schaefer). Этот метод включает в себя диспергирование предварительно обогащенных полупроводниковых нанотрубок на поверхности воды. В результате поверхностного натяжения плавающие трубки распределяются по всей поверхности воды.

Применение силы сжатия позволяет собирать нанотрубки в упорядоченный массив, и когда это образование становится несжимаемым, сжатие прекращается. Это происходит тогда, когда нанотрубки покрывают всю поверхность воды. В результате, удалось получить массивы нанотрубок с 99 процентами чистоты полупроводника, которые были выровнены в пределах 17 градусов по отношению друг к другу.

В предыдущих экспериментах, когда достигалась плотность размещения нанотрубок в 50 труб / мкм, покрытие поверхности жидкости составляло лишь 10 процентов, в то время как новый массив, с плотностью 500 труб / мкм, был создан при плотности распределения по поверхности воды равной почти 100 процентам. Рассматривая изображения, полученные с помощью туннельного микроскопа ученые пришли к выводу, что при упаковке нанотрубок в двойной слой плотность уже близка к величине 1100 труб / мкм.

Эта низкая плотность приводила к тому, что емкость сетки на единицу площади таких транзисторов была меньше почти в 10 раз, чем у обычных тонкопленочных транзисторов на основе аморфного кремния и оксидных полупроводников, а в результате они имели более низкую скорость работы и более высокое входное сопротивление.

В то же время, транзисторы, использующие углеродные нанотрубки с высокой плотностью, смогут преодолеть эти ограничения и значительно улучшить производительность этих устройств.
Исследователи также ожидают, что применение углеродных нанотрубок позволит расширить границы действия закона Мура.