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Transistor a effetto di campo a nanotubi di carbonio (CNTFET)

1998
  • Sumio Iijima
  • Cees Dekker
  • Phaedon Avouris
Transistor a effetto di campo a nanotubi di carbonio in un ambiente di laboratorio, applicazione della scienza dei materiali.

(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.

Tuttavia, sfide significative hanno impedito la commercializzazione su larga scala dei CNTFET. Un ostacolo importante è la sintesi dei CNT. I metodi di sintesi tipici producono una miscela di nanotubi metallici e semiconduttori. Quelli metallici agiscono come cortocircuiti, impedendo al transistor di spegnersi completamente e causando elevate perdite di potenza. Separare queste tipologie con una purezza del 100% su larga scala è difficile e costoso. Un'altra sfida è il posizionamento dei CNT con allineamento e densità precisi su un wafer. Infine, realizzare contatti elettrici a bassa resistenza alle estremità dei nanotubi non è banale e può limitare le prestazioni complessive 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
- Scienza dei materiali

Tipo

Dispositivo fisico

Interruzione

Sostanziale

Utilizzo

Emerging Technology

Precursori

  • invenzione del transistor a effetto di campo (FET)
  • scoperta dei fullereni
  • scoperta e sintesi di nanotubi di carbonio
  • sviluppo di tecniche di fabbricazione di semiconduttori (litografia, deposizione)

Applicazioni

  • elettronica ad alta frequenza
  • sensori chimici e biologici
  • elettronica flessibile e trasparente
  • potenziale sostituto del silicio nei futuri circuiti logici

Brevetti:

  • US6835601B2
  • US7015501B2

Potenziali idee innovative

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