211service.com
Afstemmen op nanobuisradio
Koolstofnanobuizen zijn al lang een kanshebber voor toekomstige elektronische apparaten vanwege hun potentieel om de grootte van componenten te verkleinen en hun uitstekende elektronische eigenschappen. Maar het bouwen van praktische schakelingen uit koolstofnanobuisjes is een uitdaging gebleken. Nu rapporteren onderzoekers van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign dat ze schaalbare radiofrequentie-analoge elektronica hebben gemaakt waarin alle op transistors gebaseerde apparaten, inclusief de antennes en versterkers, zijn opgebouwd uit nanobuistransistors.
Radiotransistor: Een microfoto toont een reeks van vier nanobuistransistors.
Het doel is om koolstofnanobuisjes te vestigen als een realistische concurrent met conventionele analoge elektronica, zegt John Rogers , een professor in materiaalkunde en techniek aan de Universiteit van Illinois. Rogers vond een nieuwe manier om transistors te maken met behulp van parallelle arrays van nanobuisjes. (Zie Een doorbraak in nanobuistransistors .) Als demonstratie van het vermogen om de methode in de elektronica toe te passen, heeft hij een radio-ontvanger gemaakt waaruit elk van de actieve componenten wordt gemaakt uit nanobuisjes. Om de elektronica te testen, zeggen de onderzoekers dat ze de nanobuisradio hebben afgestemd op een commercieel station in Baltimore om het verkeersbericht te horen.
Het is een zeer belangrijke vooruitgang, zegt Peter Burke , hoofd van de nanotechnologiegroep aan de Universiteit van Californië, Irvine. Ze hebben de eerste radiofrequentieversterker van nanobuisjes kunnen maken.
Andere groepen hebben inderdaad al het gebruik van enkele nanobuisjes in radiocircuits aangetoond. (Zie 's werelds kleinste radio.) Wat we hebben gedaan, is een beetje anders, zegt Rogers. Bij het vorige onderzoek werd een enkele koolstofnanobuis gebruikt om als radio-ontvanger te fungeren. In onze radio's is elk actief onderdeel gebaseerd op nanobuisjes, helemaal tot aan het punt waar de koptelefoon wordt aangesloten, zegt hij.
multimedia
Zie een schematische en elektromicrofoto van de technologie.
Luister naar een opname van de radio met behulp van de nano-radio.
Het gebruik van enkele nanobuisjes op deze manier zou normaal gesproken niet haalbaar zijn vanwege de relatief hoge stromen die worden gebruikt in analoge circuits, zoals versterkers. Om dit te omzeilen, bestaan de nanotransistoren van Rogers uit arrays van duizenden parallel geschakelde nanobuisjes, op zo'n manier dat ze de stroom verspreiden, terwijl ze zich gezamenlijk gedragen als een halfgeleidermateriaal.
Rogers zegt dat de fabricagemethode die wordt gebruikt om de analoog te bouwen zich leent voor de huidige productieprocessen. Met deze arrays kunnen we onze apparaten, apparaatarrays en geïntegreerde schakelingen bouwen in verwerkingsreeksen op waferschaal die volledig compatibel zijn met gevestigde benaderingen voor het bouwen van halfgeleiderapparaten, zegt Rogers.
Een cruciale factor bij het maken van deze transistors ligt in het vermogen van Rogers om de koolstofnanobuisjes in dergelijke uniforme arrays te laten groeien. Maar door de nanobuisjes op een enkel kristallijn kwartssubstraat te laten groeien, met behulp van een standaard chemisch dampafzettingsproces, waren Rogers en zijn collega's in staat om uitgelijnde arrays te fabriceren die volledig parallel zijn, zegt hij.
Zodra de arrays zijn gegroeid, maakt Rogers een transistor met behulp van bestaande patroontechnieken om source- en drain-elektroden over beide uiteinden van alle nanobuisjes te leggen en door een poort over hun collectieve breedte te plaatsen. Vanaf dat moment is het proces net als het maken van silicium op isolatorapparaten, zegt Rogers.
Naarmate siliciumtransistors kleiner worden, worden inherente beperkingen kritischer, zegt Alex Zettl , een natuurkundige aan de University of California, Berkeley. Nanobuisjes als materiaal zijn een opwindend alternatief materiaal voor het vormen van extreem kleine, stabiele transistoren, zegt hij.
Maar terwijl de oorspronkelijke interesse in nanobuisjes voor elektronica lag in hun nanometergrootte, is er een toenemende belangstelling voor het gebruik ervan voor analoge elektronische apparaten, zegt Burke. Er zijn nu voorspellingen dat nanobuisjes daadwerkelijk beter zullen presteren dan conventionele analoge transistors, zegt hij.
De radio van Rogers is relatief groot, waarbij elke transistor uit duizenden koolstofnanobuisjes bestaat. Maar hij zegt dat er voldoende ruimte is om ze te verkleinen, niet in de laatste plaats omdat er relatief grote openingen zijn tussen sommige nanobuisjes. Het moet dus mogelijk zijn om ze dichter in te pakken. Idealiter zou je willen dat de nanobuisjes naast elkaar zitten, zegt Rogers. Hij en zijn collega's werken nu aan het maken van geïntegreerde schakelingen met maximaal 100 van deze transistoren.