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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 Carbon Nanotube Effet de champ Transistor Le transistor à effet de champ à nanotubes de carbone (CNTFET) utilise un nanotube de carbone unique ou un réseau de nanotubes de carbone comme matériau de canal, en remplacement du silicium massif. Selon sa chiralité (l'agencement de son réseau de graphène), un nanotube de carbone peut être métallique ou semi-conducteur, ce qui en fait un élément de base polyvalent pour les dispositifs nanoélectroniques aux performances potentiellement supérieures.

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 nanotubes de carbone. 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 diffusionCe qui se traduit par des vitesses de commutation plus rapides et une capacité de transport de courant plus élevée. Leur structure unidimensionnelle assure un excellent contrôle électrostatique par la grille, réduisant ainsi les effets de canal court qui affectent les transistors en silicium miniaturisés.

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 of the field-effect transistor (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

  • capteurs auto-alimentés qui récupèrent l'énergie des vibrations ambiantes à l'aide de nanotubes de carbone piézoélectriques
  • électronique durcie aux radiations pour applications spatiales
  • dispositifs de communication à fréquence térahertz
  • implantable neural interfaces with high biocompatibilité
  • transistors transparents pour affichages tête haute intégrés aux lunettes
  • générateurs thermoélectriques ultra-efficaces utilisant des réseaux de nanotubes de carbone
  • dispositifs logiques à base de spin utilisant des contacts magnétiques sur des nanotubes de carbone
  • artificial photosynthèse systems using CNTs as charge separation and transport channels
Related to: CNTFET, carbon nanotube, field-effect transistor, carrier mobility, chirality, nanoelectronics, post-silicon technology, flexible electronics.

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)

10e année anniversaire

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