Новый метод очистки позволит использовать углеродные нанотрубки в полупроводниковой электронике

Углеродные нанотрубки и их уникальные свойства давно вызывают интерес у ученых, поскольку они являются перспективной альтернативой кремнию для создания новых более компактных, производительных и дешевых электронных устройств. Прежде всего, благодаря своим размерам — порядок атомов — возможно близким к физическому пределу, меньше которого уже невозможно будет создать единичный электронный переключатель. Еще одно удивительное свойство — двойственность природы, т.е. углеродные нанотрубки могут вести себя и как полупроводник, подобно кремнию, что имеет немаловажное значение в области производства печатных плат, и как проводник для быстрой и полностью управляемой коммутации электрических цепей. Именно здесь ученые и столкнулись с трудностями, связанными с разграничениями этих свойств: при попытке создания электроники на углеродных нанотрубках, после их структрурирования и образования углеродных пленок определенная часть из них вела себя как металл, другая — как полупроводник, что категорически неприемлемо для создания любого потенциального электронного устройства.

Согласно данным профессора Джона Роджерса, университет Иллинойса в Урбана-Шампейне, чистота материала должна превышать 99,999%, т.е. даже одной «бракованной» трубки на 100 000 «качественных» достаточно, чтобы убить электронное устройство: материал не будет работать как полупроводник. Исследовательской группе Роджерса удалось найти способ удалить углеродные нанотрубки, проявляющие металлические свойства. Метод довольно простой, легко масштабируемый и не требует дорогостоящего оборудования. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Applied Physics.

По словам Роджерса, несмотря на то, что данная проблема актуальна в течение последних 10-15 лет, задача создания однородных покрытий из плотноупакованных равномерно и ровно уложенных пучков углеродных нанотрубок в значительной степени решена несколькими исследовательскими группами ученых лишь в последние годы. Однако сложная задача по нахождению оптимального способа очистки материала для электроники так и осталась нерешенной. В принципе в последнее время появились подходы, которые предлагают необходимый уровень очистки, но они базируются на использовании дорогостоящего оборудования, что сделает конечный товар недоступным для большинства пользователей.

Как сообщают авторы статьи, изначально они нанесли тонкий слой органического вещества непосредственно на верхнюю часть листа из плотноупакованных нанотрубок, находящегося в контакте с листом металла. Затем через нанотрубки пропускали электрический ток, который позволил создать направленное движение нанотрубок-проводников, не затрагивая большую часть трубок-полупроводников. Пропускаемого тока достаточно, чтобы создать «тепловой капиллярный поток», который открывает «туннели» в органическом слое над нанотрубками. Таким образом, неприкрытые нанотрубки-проводники могут быть вытравлены с помощью простого настольного прибора, после чего органический верхний слой достаточно просто смыть. Это позволило получить нанотрубчатые углеродные пластины достаточной чистоты, что было подтверждено экспериментально: транзисторы из углеродных нанотрубок доказали полупроводниковые свойства материала.