据海外媒体(PhysOrg等)报导,日本和芬兰的研究人员最近找到了一种制作纳米碳管的新方法,这有助于制造柔性集成电路,其中的晶体管由纳米碳管组成。
日本名古屋大学的科学家孙东明(音译)和同事以及芬兰阿尔托大学科学家在最新一期《自然·纳米技术》杂志上,介绍了用这种新碳纳米管制造薄膜晶体管和柔性集成电路的研究。
“纳米碳管”(carbON nanotube)系日本NEC公司研究人员于1991年利用电子显微镜观察石墨电弧设备产生的球状碳分子时意外发现的一种由管状同轴纳米管组成的碳分子材料。研究表明,纳米碳管具有超强抗拉强度、抗疲劳性及良好的导电性。近年来,以美国为首的发达国家对纳米碳管这一新材料的工业应用进行了大量探索性研究,并发现它在医疗器械领域有良好的应用前景。
目前制造出的纳米碳管包括金属导电型和半导体型两种,金属型纳米碳管的载流子迁移率大,但电流开关性能不佳,因此不太容易实现符合电子学实际应用要求的晶体管。 最近日本名古屋大学和芬兰学术机构的研究人员通过合作研究发现,可以找到一种新的制造纳米碳管的方法,使得载子迁移率与电流性能都符合要求,进而可以在透明柔性基板上实现高性能薄膜晶体管与集成电路。
研究人员使用了较长较直的10微米直径纳米碳管,其中3成使用金属纳米碳管,而纳米碳管网络亦使用接面较多、接面电阻较低的Y接面,由此构造出一种新的纳米碳管网络型态。 这种新的网络型态可提高载子迁移率,而金属纳米碳管密度较低,则提升了电流开关比。研究人员还进一步制成了一种反馈型逻辑电路,这种电路具备数据存储功能。
科学家使用这种新纳米管网络制造出了薄膜晶体管,与以前的纳米晶体管相比,新晶体管的载荷子运动能力和开关频率都很高。研究人员表示,运动能力高主要得益于纳米管网络独特的形态;开关频率高则源于构造过程可以控制金属纳米管的密度,使其密度更低。
科学家还制造出了能处理顺序逻辑的集成电路,这是迄今为止首个基于碳纳米管的顺序逻辑集成电路。在该电路中,输出值不仅取决于当前的输入值,也取决于历史输入值,这使其具有存储或者记忆能力。
该研究的联合作者、名古屋大学教授大野裕表示,通过让制造过程规模化并使用改进后的印刷技术,科学家可以使用这些基于纳米管的薄膜晶体管,制造出廉价的柔性电子产品,比如智能手机和电子纸等。并有望在5年内实现商业化生产。