آینده الکترونیک برمبنای نانولوله های کربنی بنا می شود






تیمی در دانشگاه ایلینویز موفق به پیدا کردن روشی برای خالص سازی آرایه های نانولوله های کربنی تک دیواره ای (SWCNT) شده است، که می تواند گامی رو به جلو برای پشت سرگذاشتن مدارات و ابزارهای سیلیکونی باشد.

تصویر: گرادیان حرارتی که ناشی از حرارت دهی ملایم نانولوله کربنی فلزی است، جریان های باریک حرارتی را در لایه پوششی آلی نازک بوجود می آورد. نتیجه، شیاری باز است.



خصوصیات استثنایی سیلندرهای ریزمولکولی که به نام نانولوله های کربنی شناخته می شود سال ها محققان را به تلاش واداشته است، زیرا این نانولوله ها از توان بالقوه برای جایگزینی سیلیکون برخوردارند تا بنیان لازم را برای ساخت ابزارهای الکترونیکی کوچک تر، سریع تر و ارزان تر در اختیار قرار بدهد.


 اول از همه اینکه نانولوله های یادشده ریز هستند (البته برمبنای مقیاس اتمی و شاید به اندازه کوچک سازی حداکثری که می توان روی سوییچ الکترونیکی اعمال نمود). نانولوله های مذکور نیز همانند سیلیکون ماهیتی نیمه هادی دارند، خصوصیتی که برای بوردهای مداری بسیار لازم است و می توان سوییچینگ الکتریکی سریع و با قابلیت کنترل بالا را روی آنها پیاده نمود.


 یکی از موانع بزرگ بر سر راه ساخت قطعات الکترونیکی مفید با استفاده از نانولوله های کربنی همواره این بوده که به هنگام مرتب سازی این لوله ها به صورت لایه ای، نسبت خاصی از آنها خصوصیاتی فلزمانند را از خود بروز می دهند تا نیمه هادی، جریانی که لایه را لکه دار کرده، مدار را کوتاه و در کار هر وسیله الکتریکی اختلال ایجاد می کند.


 در واقع طبق گفته جان راجرز پرفسور دانشگاه ایلینویز، خلوص جریان بایستی از 99.999 درصد بیشتر باشد، به این معنا که حتی یک لوله خراب در 100 هزار لوله دیگر کافی است تا وسیله الکتریکی را از کار بیاندازد. وی می گوید: "اگر میزان خلوص موجود از عدد 99.999 درصد کمترباشد، مواد نمی توانند به عنوان مدارهای نیمه هادی استفاده شوند".


حال راجرز و تیمی از محققان دیگر موفق به ابداع روشی شده اند که بتوان نانولوله های کربنی فلزی را با استفاده از روندی نسبتا ساده و مقیاس پذیر از آرایه ها جداسازی نمود که تجهیزات گران قیمتی نیز لازم ندارد. حاصل کار تیم یادشده طی هفته گشته در ژورنال فیزیک کاربردی که از جمله مجلدات AIP می باشد به چاپ رسید.


روش خالص سازی

 به گفته راجرز هرچند که یکی از مشکلات دائمی 10 الی 15 سال گذشته چالش ساختن آرایه های یکپارچه و همراستا از نانولوله های کربنی دارای دانسیته های مناسب روی لایه های نازک بوده است، اما گروه های مختلفی از دانشمندان طی سال های اخیر این مشکل را حل و فصل کرده اند.

 بدین ترتیب دومین مشکل موجود که پیدا کردن روشی برای خالص سازی مواد جهت اطمینان از عدم فلزی بودن ماهیت نانولوله هاست هم حل شده است، این مشکل از جمله غامض ترین ها درنوع خودش بود. البته روشهای خالص سازی دیگری نیز جود داشت که می شد از آنها استفاده کرد، ولی اشکالشان در عدم دست یابی به سطح خالص سازی موردنیاز برای ساخت اجزای الکترونیکی مفید بود.

راهبردهای جدید نیز هرچند سطح موردنیاز خالص سازی را در اختیار می گذارد، اما متکی به تجهیزات گران قیمت است و بسیاری از محققان توان استفاده از این روند را ندارند.


بنا به گفته تیم تحقیقاتی راجرز، آنها موفق شدند تا پوشش نازکی از ماده آلی را مستقیم روی سطح برگه ای از نانوتیوب ها قرار بدهند که با برگه ای از فلز تماس داشت. سپس جریان را در سرتاسر برگه اعمال کردند که به جای حجم گسترده ای از نانولوله های نیمه رسانا، باعث روان سازی جریان در نانولوله های رسانای فلزی شد.


 جریان، نانولوله های فلزی را اندکی گرم کرد، به اندازه ای که برای ایجاد "جریان باریک حرارتی" کافی باشد و شیاری را در لایه پوششی آلی بر فراز آنها ایجاد نمود. درصورت روباز بودن لوله های فلزی، می توان آنها را با بهره گیری از ابزار استانداردی سابیده و لایه پوششی سطحی را شست.

به گفته راجرز به این ترتیب ویفر الکترونیکی پوشیده از نانولوله های نیمه رسانا فاقد آلودگی های فلزی باقی می ماند. تیم محققان توانستند با خلق آرایه هایی از ترانزیستورها صحت امر یادشده را نیز به آزمون بگذارند.


وی در خاتمه اظهار می دارد: "در انتهای کار ابزاری بدست می آید که به خاطر خصوصیت نیمه رسانایی آن می شود آنرا خاموش و روشن کرد".


منبع : کوی دانش
باز نشر : سایت علمی نخبگان جوان