در سال‌های اخیر، استفاده از نانولوله‌های کربنی به‌عنوان ماده‌ای برای ترانزیستورها افزایش یافته است. دلیل این موضوع، رسانایی عالی و پایداری شیمیایی بالای این مواد است. اکنون، تیمی از پژوهشگران موفق به توسعه‌ی روشی ساده و سریع برای ساخت ترانزیستورهای فیلم نازک (TFT) با عملکرد بالا روی زیرلایه‌های پلاستیکی شده‌اند.
محصولات الکترونیکی ارزان‌تر با ترانزیستورهای نانولوله‌ای کربنی
دانشمندان در حال توسعه‌ی ترانزیستورهای فیلم نازک بر پایه‌ی نانولوله‌های کربنی هستند که می‌تواند منجر به تولید دستگاه‌های شفاف، انعطاف‌پذیر و با کارایی بالا شود؛ از جمله کاغذهای الکترونیکی و برچسب‌های RFID.
یکی از بزرگ‌ترین چالش‌ها در مسیر پیشرفت این ترانزیستورها، توازن بین ویژگی‌های نانولوله‌های فلزی و نیمه‌رسانا است. ترانزیستورهای نانولوله‌ای معمولاً شامل ترکیبی از نانولوله‌های فلزی و نیمه‌رسانا هستند. افزایش تعداد نانولوله‌های فلزی می‌تواند تحرک حامل‌های بار الکتریکی را بالا ببرد، اما در عین حال، نسبت روشن/خاموش (On/Off Ratio) را کاهش می‌دهد.
در مقاله‌ای که در مجله‌ی Nature Nanotechnology منتشر شده است، محققان روشی نوین برای ساخت شبکه‌های نانولوله‌ای ابداع کرده‌اند که این مشکل را تا حد زیادی برطرف می‌کند. این پیشرفت می‌تواند به ساخت مدارهای مجتمع (IC) انعطاف‌پذیر منجر شود و راه را برای توسعه‌ی الکترونیک ارزان و انعطاف‌پذیر هموار کند.
یوتاکا اونو (Yutaka Ohno)، از دانشگاه ناگویا، درباره‌ی این تحقیق می‌گوید: «دستگاه‌های سبک و انعطاف‌پذیر مانند تلفن‌های همراه و کاغذهای الکترونیکی، نقش مهمی در ایجاد جامعه‌ی اطلاعاتی سبز و هوشمند ایفا می‌کنند. تولید این دستگاه‌ها با هزینه‌ی بسیار پایین، می‌تواند جایگزین رسانه‌های مبتنی بر کاغذ، مانند روزنامه‌ها و مجلات، شود. کار ما می‌تواند این فناوری را فراهم کند.»
محققان با استفاده از روش‌های جدید، موفق به ایجاد شبکه‌ای از نانولوله‌ها با ویژگی‌های منحصربه‌فرد شده‌اند که عملکرد ترانزیستورها را بهبود می‌بخشد. برخی از مهم‌ترین ویژگی‌های این شبکه عبارت‌اند از:
استفاده از نانولوله‌های بلند و مستقیم با طول حدود ۱۰ میکرومتر
۳۰ درصد نانولوله‌ها از نوع فلزی (بهینه‌سازی نسبت رسانایی و عایق بودن)
بیشتر بودن اتصالات Y نسبت به اتصالات X میان نانولوله‌ها
از آنجایی که اتصالات Y نسبت به اتصالات X سطح تماس بیشتری دارند، باعث کاهش مقاومت در محل اتصال می‌شوند. با استفاده از این ویژگی‌ها، محققان توانسته‌اند ترانزیستورهایی با تحرک الکترونی بالا و نسبت روشن/خاموش بهینه تولید کنند که عملکرد آن‌ها به‌طور قابل‌توجهی از نمونه‌های قبلی بهتر است.
پس از ساخت این ترانزیستورها، محققان یک مدار مجتمع (IC) منطقی ترتیبی طراحی کردند که اولین نمونه‌ی چنین مداری بر پایه‌ی نانولوله‌های کربنی محسوب می‌شود. مدارهای منطقی ترتیبی، برخلاف مدارهای ترکیبی، علاوه بر ورودی‌های فعلی، تاریخچه‌ی ورودی‌ها را نیز در نظر می‌گیرند و دارای عملکرد ذخیره‌سازی و حافظه هستند.
محققان پیش‌بینی می‌کنند که با مقیاس‌پذیر کردن فرآیند ساخت و استفاده از روش‌های پیشرفته‌ی چاپ مدارها، می‌توان به توسعه‌ی الکترونیک انعطاف‌پذیر و ارزان‌قیمت دست یافت.
هرچند تاکنون روش‌های ساده‌ای برای ساخت ترانزیستورهای فیلم نازک بر پایه‌ی نانولوله‌های کربنی ارائه شده‌اند، اما این ترانزیستورها هنوز به عملکردی مشابه با ترانزیستورهای تک‌نانولوله‌ای نرسیده‌اند. دلیل این امر، کاهش کیفیت رسانایی نانولوله‌ها در طول فرآیند تولید است.
اما این روش جدید، با رشد نانولوله‌ها در محیط گازی تحت فشار اتمسفری و جمع‌آوری آن‌ها به کمک فیلتر، این مشکل را تا حد زیادی حل کرده است. نتیجه‌ی این فرآیند، ایجاد فیلمی نازک و بسیار تمیز از نانولوله‌ها است که در کمتر از چند ثانیه از فیلتر به پلاستیک منتقل می‌شود.
این روش نوین در حال توسعه به فناوری “چاپ رول-به-رول (Roll-to-Roll – R۲R)” است که تولید انبوه و سریع را ممکن می‌سازد.
با ادامه‌ی تحقیقات در این زمینه، ممکن است در آینده‌ی نزدیک شاهد کاهش چشمگیر هزینه‌های تولید تراشه‌ها، نمایشگرها، و سایر دستگاه‌های الکترونیکی انعطاف‌پذیر باشیم.
