ساخت ترانزیستور با استفاده از نانولوله کربنی نیمه‌رسانا

به‌تازگی مؤسسه ملی علم و فناوری صنعتی پیشرفته ژاپن(AIST) اعلام کرده‌است که یک ترانزیستور با استفاده از نانولوله‌های کربنی تک‌جداره نیمه‌رسانای بسیار خالص، ساخته‌است. نسبت روشن به خاموش(نسبت بین حالت‌های روشن و خاموش جریان خروجی) این ترانزیستور بیش از ۱۰۵×۱ و تحرک حامل آن بیش از cm2/Vs2 است.

به‌تازگی مؤسسه ملی علم و فناوری صنعتی پیشرفته ژاپن(AIST) اعلام کرده‌است که یک
ترانزیستور با استفاده از نانولوله‌های کربنی تک‌جداره نیمه‌رسانای بسیار خالص،
ساخته‌است. نسبت روشن به خاموش(نسبت بین حالت‌های روشن و خاموش جریان خروجی) این
ترانزیستور بیش از۱۰۵×۱و تحرک حامل آن بیش از ۲cm2/Vsاست.
 AIST، فناوری جدیدی را برای ساخت یک نانولوله‌ کربنی تک‌جداره(SWCNT) متمرکز ابداع
کرده و از این فناوری در تولید ترانزیستور استفاده کرده‌است. در این روش، ابتدا
پودرهای تجاری ماده SWCNT با استفاده از پلی‌فولرین(PFO) ـ یک پلیمر هم‌یوغ که به‌عنوان
یک عامل پخش اثر می‌کند ـ در یک محلول پخش ‌‌شدند، سپس این محلول با استفاده از یک
اُلتراسانتریفوژ ـ که دارای سرعت چرخش۳۰ هزار دور در دقیقه یا بیشتر بود ـ جداسازی
گردید. به این ترتیب SWCNTهای نیمه‌رسانایی جداسازی‌شده، به‌صورت انتخابی استخراج
‌‌شدند.

پس از حذف PFO، یک لایه‌ SWCNT نیمه‌رسانا از طریق پوشش‌دهی یک بستر با محلول SWCNT
نیمه‌رسانا، ایجاد شد. ترانزیستوری که با استفاده از یک لایه‌ نازک SWCNT ساخته می‌شود
ارزان‌تر بوده، قابل تولید به‌صورت انبوه ‌است؛ چنین ترانزیستوری برای یک مساحت سطح
بزرگ‌تر، بسیار مناسب است؛ چنانچه به جای SWCNT نیمه‌رسانا از SWCNT فلزی استفاده
شود و یا حتی مقدار کمی از ناخالصی‌های فلزی با SWCNTهای نیمه‌رسانا ادغام شوند،
کارایی ترانزیستور مذکور به شکل چشمگیری کاهش می‌یابد. از این رو AIST اعلام کرده‌است
که نیاز مبرمی برای ابداع و توسعه یک فناوری به‌منظور جداسازی و استخراج SWCNT نیمه‌رسانای
بسیار خالص وجود دارد.
برای دستیابی به یک لایه‌ نازک SWCNT نیمه‌رسانای بسیار خالص، جداسازی با
اُلتراسانتریفوژ به مدت ۶۰ دقیقه انجام گرفت. در اثر این فرایند، SWCNT فلزی و سایر
ناخالصی‌ها حذف‌ ‌شدند و به این ترتیب مقدار باقی‌مانده آنها کمتر از حد قابل
آشکارسازی شد. با توجه به اظهارات AIST، میزان باقی‌مانده PFO در محلولِ دارای
SWCNT نیمه‌رسانا پس از جداسازی با اُلتراسانتریفوژ حذف شد، سپس فیلترکردن، پاک‌سازی
و عملیات حرارتی انجام گردید.
برای ارتقای خصوصیات ترانزیستور مذکور از روشی به نام «دی‌الکتروفورزیس» در شکل‌گیری
لایه نازک استفاده شده‌است. به کمک این روش، SWCNTهایی که دارای جهت‌گیری‌های
متفاوتی هستند به‌صورت هم‌زمان با فرایند کاهش ضخامت لایه، هم‌جهت می‌شوند. بنا به
اظهارات AIST، در موارد خاص، محلول دارای SWCNT نیمه‌رسانا، بر روی یک جفت الکترود
از پیش تهیه‌شده چکانیده شد و به این شکل و با اعمال یک میدان الکتریکی متناوب بین
الکترودها، این محلول بخار گردید.
AIST اعلام کرده‌است که با استفاده از این روش، SWCNTها در بین الکترودها متمرکز
شده، به‌طور هم‌زمان با میدان الکتریکی هم‌جهت گردیدند.
نتایج این تحقیق در مجله Applied Physics Letters منتشر شده‌است.