Transistor a effetto di campo a nanotubi di carbonio (CNTFET)
1998
- Sumio Iijima
- Cees Dekker
- Phaedon Avouris
Un carbonio Nanotubo Effetto di campo 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 grafene 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.
Nonostante questi problemi, la ricerca ha compiuto progressi significativi. Sono state sviluppate tecniche per rimuovere selettivamente i CNT metallici o per convertirli in semiconduttori. Sono state realizzate dimostrazioni di circuiti complessi, tra cui un microprocessore a 16 bit, utilizzando i CNTFET, dimostrando la fattibilità della tecnologia. Le loro proprietà uniche li rendono inoltre ideali per applicazioni innovative come i biosensori altamente sensibili, in cui la conduttanza dei CNT cambia drasticamente in seguito all'aggancio di una molecola bersaglio, e per l'elettronica flessibile grazie alla loro intrinseca resistenza meccanica e flessibilità.
UNESCO Nomenclature: 3313
- Scienza dei materiali
Utilizzo
Tecnologia emergente
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
Idee e potenziali innovazioni
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Correlato a: CNTFET, nanotubi di carbonio, transistor a effetto campo, mobilità dei portatori, chiralità, nanoelettronica, tecnologia post-silicio, elettronica flessibile.