OC170 2.0: sich selbst herstellender Transistor

11. April 2017, 15:28 Uhr
OC170 2.0: sich selbst herstellender Transistor
OC170 2.0: sich selbst herstellender Transistor
Vor über 70 Jahren wurden in den Niederlanden die Transistoren aus industrieller Produktion von Hand hergestellt – damals von jungen Frauen, die mit der notwendigen hohen manuellen Präzision begabt und doch mit geringer Entlohnung zufrieden waren. Sie sangen damals bei der Arbeit wohl bei den in der Fabrik über Lautsprecher dargebotenen Liedern mit. Forschern der University of Groningen (NL), der Universität Wuppertal und von IBM Zürich gelang die Entwicklung eines Verfahrens zur Selektion von halbleitenden Nanoröhrchen aus einer Lösung, wodurch sie sich selbst zu einer Schaltung mit Goldelektroden organisieren können. Diese Technik vereinfacht díe Herstellung von winzigen elektronischen Bauteilen aus Nanoröhrchen.

Als Ergebnis von zehn Jahren des Forschens steht nun ein Verfahren zur Verfügung, bei dem sich Nanoröhrchen zu einem Transistor mit nahezu 100 % Reinheit und hoher Elektronenbeweglichkeit selbst organisieren. Der Professorin für Optische Physik und Optoelektronik Maria Antonietta Loi gelang die Herstellung von Polymeren, die sich in einer Lösung mit Nanoröhrchen selbst um spezielle Kohlenstoff-Nanoröhren wickeln. Thiol-Seitenketten des Polymers binden die Röhrchen an goldene Elektroden und bauen so einen Transistor. Die Nanoröhrchen kann man sich als ein zusammengerolltes kleines Blatt aus Graphen vorstellen, der zweidimensionalen Form von Kohlenstoff.

Abhängig davon, wie die Blätter gerollt sind, variieren ihre Eigenschaften vom Halbleiter über Halbmetall bis zum Metall. Da man nur mit halbleitenden Nanoröhrchen funktionierende Transistoren herstellen kann, aber die Herstellung der Röhrchen eine Mischung ergibt, ist dieses selektive Verfahren sehr wichtig.

Den Forschern kam die Idee mit den Thiol-Seitenketten von Polymeren schon vor einiger Zeit. Da sich Schwefel mit Metallen bindet, wandern die von Polymeren umhüllten Nanoröhrchen Richtung Goldelektroden. Während sich das Team um Loi mit diesem Aspekt beschäftigte, hatte IBM das Konzept patentiert. Doch die Thiol-Polymere verbanden sich auch mit den metallischen Nanoröhren und ruinierten so die Transistoren. Die Lösung von Loi bestand darin, mit Hilfe der Polymer-Chemiker der Universität Wuppertal den Thiol-Gehalt des Polymers zu reduzieren. Mit Polymeren mit niedrigem Thiol-Gehalt kann man selektiv nur die halbleitenden Nanoröhrchen aus der Lösung selektieren. Die Schwefel-Gold-Verbindung ist stark, weshalb die Nanoröhrchen fest mit den Elektroden verbunden sind und auch da bleiben, wenn die Transistoren in organischen Lösungen mit Ultrashall behandelt werden.

Die Ergebnisse wurden in einem Artikel in der Zeitschrift Advanced Materials unter „On-Chip Chemical Self-Assembly of Semiconducting Single-Walled Carbon Nanotubes (SWNTs): Toward Robust und Scale Invariant SWNTs Transistors“ veröffentlicht.

Quelle: smart2zero
 
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