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Transistor de efecto de campo de nanotubos de carbono (CNTFET)

1998
  • Sumio Iijima
  • Cees Dekker
  • Phaedon Avouris
Transistor de efecto de campo de nanotubos de carbono en un entorno de laboratorio, aplicación de la ciencia de los materiales.

(generate image for illustration only)

A Carbon Nanotube Field-Effect Transistor (CNTFET) utilizes a single carbon nanotube (CNT) or an array of CNTs as the channel material instead of bulk silicon. Depending on its chirality (the arrangement of its graphene lattice), a CNT can be either metallic or semiconducting, making it a versatile building block for nanoelectronic devices with superior performance potential.

A CNTFET operates on the same principle as a conventional MOSFET. It has a source, a drain, and a gate terminal. The key difference is the channel, which is formed by one or more carbon nanotubes. When a voltage is applied to the gate, it creates an electric field that modulates the conductivity of the semiconducting CNT, turning the flow of current between the source and drain ‘on’ or ‘off’. The exceptional properties of CNTs make them highly attractive for this application. They exhibit extremely high carrier mobility, meaning electrons can travel through them with very little scattering, which translates to faster switching speeds and higher current-carrying capacity. Their one-dimensional structure provides excellent electrostatic control by the gate, reducing short-channel effects that plague scaled-down silicon transistors.

Sin embargo, importantes desafíos han impedido la comercialización generalizada de los CNTFET. Un obstáculo importante es la síntesis de CNT. Los métodos de síntesis típicos producen una mezcla de nanotubos metálicos y semiconductores. Los metálicos actúan como cortocircuitos, impidiendo que el transistor se apague por completo y provocando una alta fuga de potencia. Separar estos tipos con una pureza del 100 % a gran escala es difícil y costoso. Otro desafío es colocar los CNT con una alineación y densidad precisas en una oblea. Finalmente, crear contactos eléctricos de baja resistencia en los extremos de los nanotubos no es trivial y puede limitar el rendimiento general del dispositivo.

Despite these issues, research has made significant progress. Techniques have been developed to selectively remove metallic CNTs or to convert them into semiconducting ones. Demonstrations of complex circuits, including a 16-bit microprocessor, have been built using CNTFETs, proving the viability of the technology. Their unique properties also make them ideal for novel applications like highly sensitive biosensors, where the CNT’s conductance changes dramatically upon the attachment of a target molecule, and for flexible electronics due to their inherent mechanical strength and flexibility.

UNESCO Nomenclature: 3313
- Ciencia de los materiales

Tipo

Dispositivo físico

Disrupción

Sustancial

Utilización

Emerging Technology

Precursores

  • invención del transistor de efecto de campo (FET)
  • descubrimiento de los fulerenos
  • descubrimiento y síntesis de nanotubos de carbono
  • desarrollo de técnicas de fabricación de semiconductores (litografía, deposición)

Aplicaciones

  • electrónica de alta frecuencia
  • sensores químicos y biológicos
  • electrónica flexible y transparente
  • Posible reemplazo del silicio en circuitos lógicos futuros

Patentes:

  • US6835601B2
  • US7015501B2

Posibles ideas innovadoras

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