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カーボンナノチューブ電界効果トランジスタ(CNTFET)

1998
  • Sumio Iijima
  • Cees Dekker
  • Phaedon Avouris
Carbon Nanotube Field-Effect Transistor in a laboratory setting, materials science application.

(画像はイメージです)

炭素 ナノチューブ 電界効果 トランジスタ (CNTFET)は、バルクシリコンの代わりに、単一のカーボンナノチューブ(CNT)またはCNTアレイをチャネル材料として利用します。そのキラリティ(CNTの配列)に応じて、 グラフェン CNTは、格子構造を持つため、金属的性質も半導体的性質も持ち合わせており、優れた性能を発揮する可能性を秘めたナノエレクトロニクスデバイスの汎用性の高い構成要素となっている。

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.

しかしながら、CNTFETの普及には大きな課題が立ちはだかっている。その大きな障害の一つがCNTの合成である。一般的な合成方法では、金属型ナノチューブと半導体型ナノチューブが混在して生成される。金属型ナノチューブは短絡として働き、トランジスタの完全なオフオフを妨げ、高い電力リークを引き起こす。これらのナノチューブを100%の純度で大規模に分離することは困難かつ高コストである。もう一つの課題は、CNTをウェハ上に正確な位置合わせと密度で配置することである。さらに、ナノチューブの両端に低抵抗の電気接点を形成することも容易ではなく、デバイス全体の性能を制限する要因となる。

こうした課題にもかかわらず、研究は大きな進歩を遂げている。金属CNTを選択的に除去したり、半導体CNTに変換したりする技術が開発されてきた。16ビットマイクロプロセッサを含む複雑な回路がCNTFETを用いて構築され、この技術の実現可能性が実証されている。また、CNTの独自の特性により、標的分子が付着するとCNTの導電率が劇的に変化する高感度バイオセンサーなどの新しい用途や、本来の機械的強度と柔軟性からフレキシブルエレクトロニクスにも最適である。

UNESCO Nomenclature: 3313
材料科学

タイプ

物理デバイス

混乱

実質的な

使用法

新興技術

前駆物質

  • 電界効果トランジスタ(FET)の発明
  • フラーレンの発見
  • カーボンナノチューブの発見と合成
  • 半導体製造技術(リソグラフィー、蒸着)の開発

アプリケーション

  • 高周波エレクトロニクス
  • 化学センサーおよびバイオセンサー
  • 柔軟で透明な電子機器
  • 将来の論理回路におけるシリコンの代替品となる可能性

特許:

  • US6835601B2
  • US7015501B2

潜在的なイノベーションのアイデア

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関連キーワード:CNTFET、カーボンナノチューブ、電界効果トランジスタ、キャリア移動度、キラリティ、ナノエレクトロニクス、ポストシリコン技術、フレキシブルエレクトロニクス。

歴史的背景

カーボンナノチューブ電界効果トランジスタ(CNTFET)

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

(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

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