Karbon Nanotüpler Küçük Transistörlere Kendiliğinden Monte Ediliyor

Bu, bir sanatçının tiyol yan zincirleri (sarı küreler) ile polimerde sarılı ve altın elektrotlara monte edilmiş karbon nanotüplerin üzerindeki izlenimidir.

Karbon nanotüpler, çok küçük elektronik cihazlar yapmak için kullanılabilir, ancak bunların kullanımı zordur. Bilim insanları, bir çözeltiden yarı iletken nanotübü seçen, altın elektrotlardan bir devrenin üzerine kendiliğinden monte edilen bir yöntem geliştirdiler.

Karbon nanotüpler, çok küçük elektronik cihazlar yapmak için kullanılabilir, ancak bunların kullanımı zordur. Groningen bilim insanları, Wuppertal Üniversitesi’nden ve IBM Zürih Üniversitesi’nden meslektaşları ile birlikte bir çözeltiden yarı iletken nanotübü seçen, altın elektrotlardan bir devrenin üzerine kendiliğinden monte edilen bir yöntem geliştirdiler. Elde edilen sonuçlar, 5 Nisan 2017’de Advanced Materials dergisinde yayınlandı.

Sonuçlar aldatıcı derecede basit görünüyor: Yaklaşık % 100 saflık ve çok yüksek elektron mobilitesi olan kendiliğinden monte edilmiş bir transistördür. Fakat buna ulaşmak, 10 yıl almıştır. Groningen Üniversitesi Fotofizik ve Optoelektronik Profesörü Maria Antonietta Loi belirli karbon nanotüpleri karmaşık tüp çözeltisinde kendiliğinden sarabilen polimerler tasarladı. Polimerdeki tiyol yan zincirleri, tüpleri altın elektrotlara bağlar ve sonuçta transistorü oluşturur.

Patent

Loi’ye göre ‘Bundan önceki çalışmalarımızda polimerlerin belirli karbon nanotüplere nasıl bağlandığından çok şey öğrendik’. Bu nanotüpler, karbonun iki boyutlu şekli olan bir grafen tabakası olarak tanımlanabilir. Tabakaların sıralanma şekline bağlı olarak yarı iletkenden yarı metalik’e veya metalik’e özellik gösterebilir. Sadece yarı iletken tüpler, transistör üretimi için kullanılabilir, ancak üretim prosesi her zaman karışımla sonlanır.

Loi ve ekibi bir süre önce tiyol yan zincirli polimerleri kullanma fikrini ortaya attı. Bu fikre göre;  kükürt metallere bağlandığında, polimer sarılı nanotüpleri altın elektroda yönlendirecekti. Loi sorunu çözmeye çalışırken IBM (International Business Machines Corparation-Uluslararası İş Cihazları Kurumu) fikre patent verdi. Ancak IBM çalışmalarında büyük bir problem vardı: tiyollü polimerler, metalik nanotüplere yapıştı, transistörlere dahil edildi ve onları harap etti.

Çözelti

Loi’nin çözümü, Wuppertal Üniversitesi’ndeki polimer kimyagerleri ile birlikte polimerlerin tiyol içeriğini azaltmaktı.  Şu an’a kadar göstermiş oldukları şu ki aşağıdan yukarıya monte etmek işe yarıyor, düşük konsantrasyonlu tiyolleri olan polimerleri kullanarak, çözeltiden yarı iletken nanotipler seçilerek devreye alınabilir. Kükürt-altın bağı kuvvetlidir, bu yüzden nanotüpler sıkıca sabitlenmiştir: organik çözücüler içindeki transistor’ün sonikasyondan (ultrasound) sonra orada kalması bile yeterlidir.

Üretim prosesi oldukça basittir: metalik modeller bir taşıyıcıda çöker, daha sonra bir karbon nanotüp içerisine daldırılır. Elektrotlar düzgün sıralanma elde edebilmek için boşlukludur, tüpler yaklaşık 500 nanometre uzunluğundadır ve elektrotlar transistörlere 300 nanometre aralıklarla yerleştirilmiştir.  Bir sonraki transistör 500 nanometre uzaklıktayken, boşluk transistörlerin yoğunluğunu sınırlar. Ancak Loi, bunun kıvrak mühendislik zekasıyla artırabilineceğinden emindir.

Loi ve ekibi son yıllarda, yarı iletken nanotüpleri seçen ve polimerlerin yapısı ve bileşiminin seçtiği karbon nanotüplerinin nasıl etkilediğine dair daha iyi bir anlayış getiren bir polimer kütüphanesini oluşturdular. Sonuç olarak bu yöntem, nanotüp elektroniği için ucuz ve ölçeklenebilir bir üretim yöntemidir. Peki bu teknolojinin geleceği nedir? Loi’ye göre ‘Endüstrinin bu fikri geliştirip geliştirmeyeceğini tahmin etmek zordur. Ancak iyileştirmeler üzerinde çalışıyoruz, böylece fikir piyasaya daha yakın olacaktır.’

Kaynak: sciencedaily.com