neděle 27. ledna 2013

Uhlíkové nanotrubičky v elektronice I.


Vzhledem k vlastnostem uhlíkových nanotrubiček bylo hned na počátku jejich objevení jasné, že o ně projeví zájem elektronický průmysl. Výzkumníci je hned viděli jako chemické senzory, ohebné obvody, vysokorychlostní mikroprocesory s velkým stupněm integrace … jenže je tu jeden háček - právě ony vlastnosti, které je činí pro elektroniku a další obory zajímavými (rozměry a fyzikální vlastnosti) je zároveň dělají velmi obtížně vyrobitelné a práce s nimi není také jednoduchá. Najde se řešení? Určitě. Podívejme se na konkrétní příklady:

1. Poleva z uhlíkových nanotrubiček
Cesta k vytvoření rychlejších procesorů v dnešní době zřejmě povede právě přes uhlíkové nanotrubičky - které jsou vlastně nejmenšími tranzistory, které zatím umíme vyrobit. Čím hustěji budou osazeny na čipu, tím se on stane rychlejším.
Velké množství obvodů z nanotrubiček se donedávna vytvářelo tvorbou každé jednotlivě přímo na povrchu čipu za pomocí chemického usazování z par. Tato metoda ovšem vedla k vytvoření obou dvou jejich typů - polovodičových i kovových a směr jejich růstu byl samovolný a průměr příliš velký.
Fyzici z university v Pensylvánii, pod vedením profesora Alana T. Johnsona, přišli na lepší způsob osazování uhlíkových nanotrubiček polovodičového typu na čip. Místo, aby je nechali vyrůst přímo na křemíkové destičce, jimi tuto destičku prostě "polijí" a to už pouze těmi vybranými kvalitními a polovodičovými.
Tato metoda mohla vzniknout díky tomu, že jiní vědci přišli na to, jak u nanotrubiček docílit onoho malého průměru a jak oddělovat typ polovodičový od kovového. Jenže v tomto současném technologickém procesu jejich výroby vznikající nanotrubičky jsou ve velkém měřítku nekvalitní - obsahují příměsi - ostatky katalyzátorů a dílčí částice uhlíku. Tým profesora Johnstona společně s kolegou Mohammedem F. Islamem chce tento problém masové výroby nanotrubiček vyřešit. Vymysleli čištění, které vychází z jejich zahřátí ve vlhkém slabě kyselém vzduchu a následném rozdělení nanotrubiček a příměsí s využitím magnetického pole. Takto lze kontrolovat jejich kvalitu a průměr - čili teprve po provedení této procedury je osazují na křemíkovou destičku - ponoří čip pokrytý lepkavou vrstvou do "roztoku nanotrubiček" a potom vymyjí onu lepkavou vrstvu a zbývající roztok.
Vedoucí metodiky této nové technologie Danvers Johnston tuto metodu v rozhovoru dokonce přirovnává k máčení zmrzliny v polevě a dodává: "Nakonec budeme moci nanotrubičky přilepovat přímo na určité místo a v určitém pořadí, jak bude potřeba pro konstrukci obvodu."
Takto vytvořené obvody mají přednost ve svých unikátních elektrických vlastnostech nanotrubiček a mohou se vyrábět ve velkém množství, což vede fyziky z Pensylvánské university k přesvědčení, že jejich práce bude hrát určující roli v nanoelektronice.