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Transistor à effet de champ à nanotubes de carbone (CNTFET)

1998
  • Sumio Iijima
  • Cees Dekker
  • Phaedon Avouris
Transistor à effet de champ à nanotubes de carbone en laboratoire, application à la science des matériaux.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

Un carbone Nanotube Effet de champ 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 graphène 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.

Cependant, des obstacles majeurs ont empêché la commercialisation à grande échelle des CNTFET. La synthèse des NTC constitue un obstacle majeur. Les méthodes de synthèse classiques produisent un mélange de nanotubes métalliques et semi-conducteurs. Les nanotubes métalliques agissent comme des courts-circuits, empêchant le transistor de se bloquer complètement et provoquant d'importantes fuites de puissance. Séparer ces types de nanotubes avec une pureté de 100 % à grande échelle est difficile et coûteux. Un autre défi consiste à placer les NTC sur une plaquette avec un alignement et une densité précis. Enfin, la réalisation de contacts électriques à faible résistance aux extrémités des nanotubes est complexe et peut limiter les performances globales du dispositif.

Malgré ces difficultés, la recherche a réalisé des progrès significatifs. Des techniques ont été mises au point pour éliminer sélectivement les nanotubes de carbone métalliques ou pour les convertir en nanotubes semi-conducteurs. Des circuits complexes, dont un microprocesseur 16 bits, ont été réalisés à l'aide de transistors à effet de champ à base de nanotubes de carbone (CNTFET), démontrant ainsi la viabilité de cette technologie. Leurs propriétés uniques les rendent également idéaux pour des applications novatrices telles que les biocapteurs ultrasensibles, où la conductance des nanotubes de carbone varie considérablement lors de la fixation d'une molécule cible, et pour l'électronique flexible grâce à leur résistance mécanique et leur flexibilité intrinsèques.

UNESCO Nomenclature: 3313
- Science des matériaux

Taper

Dispositif physique

Perturbation

Substantiel

Usage

Technologie émergente

Précurseurs

  • invention du transistor à effet de champ (FET)
  • découverte des fullerènes
  • découverte et synthèse de nanotubes de carbone
  • développement de techniques de fabrication de semi-conducteurs (lithographie, dépôt)

Applications

  • électronique haute fréquence
  • capteurs chimiques et biologiques
  • électronique flexible et transparente
  • remplacement potentiel du silicium dans les futurs circuits logiques

Brevets:

  • US6835601B2
  • US7015501B2

Idées d'innovations potentielles

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En lien avec : CNTFET, nanotube de carbone, transistor à effet de champ, mobilité des porteurs, chiralité, nanoélectronique, technologie post-silicium, électronique flexible.

Contexte historique

Transistor à effet de champ à nanotubes de carbone (CNTFET)

1992
1993-07-22
1996
1998
1999
2000
2000
1992
1993
1994
1997
1998
1999-05-01
2000
2000

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

Inventions, innovations et principes techniques connexes

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