استفاده از پلاسمای متان برای جداسازی نانولوله‌های کربنی فلزی و نیمه‌رسانا

الکترونیک مدرن به کاربردهای جدیدی برای نانولوله‌های کربنی (CNTS) دست یافته است.
به تازگی محققان دانشگاه استنفورد، در پی کوچکتر کردن فاصله‌های بین نانولوله‌های
نیمه‌رسانا، روش جدیدی برای ساخت ابزارهای دارای CNT ابداع کرده‌اند. در این روش
CNTهای فلزی به صورت انتخابی حذف و توزیع قطر نانولوله‌های نیمه‌رسانای باقیمانده
باریک‌تر می‌شود.
این محققان ۲۴۴ ابزار متفاوت که دارای بسترهای Si/SiO₂ بودند، ساختند. این ابزارها
شامل تعدادی نانولوله بودند که با روش رسوب‌دهی بخار شیمیایی (CVD) بر روی اتصالات
Ti/Au تولید شده بودند. توزیع قطر اولیه CNTها بین ۱ تا ۸/۲ نانومتر بود. ۵۵ درصد
این ابزارها تنها شامل نانولوله‌های کربنی نیمه‌رسانا با نسبت رسانایی بایاس گیت
روشن به خاموش (gate bias on/off conductance ratio) بزرگتر از ۱۰^۳، بودند. پس از
آن محققان این ابزارهای را در معرض پلاسمای متان قرار دادند.
پلاسمای متان باعث قرار گرفتن هیدروکربن‌هایی با پیوند کوالانسی روی نانولوله‌های
فلزی (به صورت انتخابی) می‌شود و در دمای ۶۰۰ درجه سانتیگراد تمایل به اچ کردن این
نانولوله‌های فلزی دارد. هنگامی که تنها ۷۸ ابزار تحت این فرآیند قرار گرفتند، نسبت
ابزارهای نیمه‌رسانای خالص به ۹۳ درصد رسید. علاوه بر این، به نظر می‌رسد که تحت
این فرآیند، نانولوله‌های با قطر کوچک (کوچکتر از ۴/۱ نانومتر) مستقل از جنس
نانولوله‌ (فلزی بودن و یا نبودن) اچ می‌شوند و از سوی دیگر نانولوله‌های بزرگ (قطر
بزرگتر از ۲ نانومتر) در برابر اچ شدن کاملاً مقاوم هستند.
پلاسمای متان در این فرآیند نقشی منحصر به فردی ایفا می‌کند. هنگام استفاده از
پلاسمای هیدروژن یک وابستگی اچ کردن به قطر مشابهی، دیده می‌شود اما به صورت
انتخابی نانولوله‌های فلزی اچ نمی‌شوند.
این گروه آرایه‌هایی از میکروابزارهایی شامل ۴۰ تا ۵۰ نانولوله کربنی موازی ساختند.
آنها در این راه موفق شدند که دمای رشد CVD را کاهش دهند تا به این وسیله رشد
نانولوله‌های با قطر ۸/۱ نانومتر را تقویت کنند و غنای نانولوله کربنی نیمه‌رسانا
را افزایش دهند.
گرچه هر کدام از ابزارهایی که به این روش تولید می‌شوند دارای مقادیری از CNTهای
فلزی به صورت ناخالصی‌ها می‌باشند ولی همه آنها پس از فرآیند پلاسما، نسبت بایاس
گیت روشن به خاموش بین ۱۰^۴ تا ۱۰^۵ خواهند داشت. هانجی دای که سرپرستی این تحقیق را
برعهده داشت به بهبود و تکامل این روش امیدوار است. وی در این باره می‌گوید: “ما
می‌توانیم قطری که در زیر آن نانولوله‌های کربنی اچ می‌شوند را با کنترل شرایط
واکنش شیمیایی، تغییر دهیم”.
نتایج این تحقیق در مجله Science به چاپ رسیده است.