OC170 Mark 2: De zelf-assemblerende transistor

15 april 2017, 11:08
Impressie van koolstof nanobuisjes gewikkeld in thiol-zijketens van polymeren (de gele bollen), door zelforganisatie gevormd op gouden elektroden. Illustratie: Arjen Kamp.
Impressie van koolstof nanobuisjes gewikkeld in thiol-zijketens van polymeren (de gele bollen), door zelforganisatie gevormd op gouden elektroden. Illustratie: Arjen Kamp.
Ongeveer 70 jaar geleden werden in Nederland de eerste fabrieksmatig geproduceerde transistors met de hand geassembleerd, meestal door jonge vrouwen die dit handwerk zeer precies uitvoerden, tevreden waren met een laag loon en in koor mochten meezingen met de muziek uit het fabrieks-omroepsysteem. Nu hebben wetenschappers van de Rijksuniversiteit Groningen, samen met collega’s van de universiteit van Wuppertal en IBM Zürich, een manier ontwikkeld om halfgeleidende nanobuisjes uit een mengsel te selecteren en ze via zelforganisatie een circuit te laten vormen op gouden elektroden – waardoor het eenvoudiger wordt om zeer kleine elektronische schakelingen te maken met koolstof nanobuisjes.
  
Het resultaat van tien jaar onderzoek is een transistor die via zelfassemblage ontstaat, met bijna 100 procent zuivere nanobuisjes en een zeer hoge elektronengeleiding. RUG hoogleraar Fotofysica en opto-elektronica Maria Antonietta Loi ontwikkelde polymeren die zich in een vloeistof met een mengsel van verschillende koolstof nanobuisjes om buisjes met specifieke eigenschappen wikkelen. Thiol-zijketens van het polymeer binden de buisjes aan gouden elektroden, waardoor de transistor wordt gevormd. Zo’n nanobuisje kan worden beschouwd als een opgerold velletje grafeen, de tweedimensionale vorm van koolstof.
 
Afhankelijk van de manier waarop de velletjes zijn opgerold, beschikken ze over eigenschappen die variëren van halfgeleider tot semi-metallisch en metallisch. Alleen de halfgeleidende buisjes kunnen voor de fabricage van transistors worden gebruikt, maar het productieproces levert altijd een mengsel van verschillende typen op.
  
De onderzoekers hadden al langer het idee om polymeren met thiol-zijketens te gebruiken. Omdat zwavel zich aan metalen bindt, zal het de in polymeer gewikkelde buisjes naar de gouden elektroden brengen. Terwijl Loi en haar team aan dit concept werkten nam IBM er zelfs patent op. Maar de polymeren met thiol bonden zich ook aan metallische nanobuisjes die hierdoor in de transistors terechtkwamen waardoor deze niet meer werkten. Loi’s oplossing was om met hulp van polymeerchemici van de universiteit van Wuppertal het thiolgehalte van de polymeren te verminderen. Door polymeren met een lage concentratie thiol-zijketens te gebruiken, is het mogelijk om de halfgeleidende nanobuisjes uit een mengsel te halen en aan een circuit te binden. De zwavel-goudverbinding is sterk, waardoor de nanobuisjes stevig blijven vastzitten: zo stevig dat ze zelfs na sonicatie van de transistor in een organisch oplosmiddel op hun plaats blijven.

De resultaten van het onderzoek werden onlangs gepubliceerd in Advanced Materials: On-Chip Chemical Self-Assembly of Semiconducting Single-Walled Carbon Nanotubes (SWNTs): Toward Robust and Scale Invariant SWNTs Transistors.
 
bron: smart2zero
Reacties worden ingeladen...
gerelateerde items