(PhysOrg.com) -- Onderzoekers van de Rice University hebben ontdekt dat dunne films van nanobuisjes gemaakt met inkjetprinters een nieuwe manier bieden om veldeffecttransistoren (FET) te maken, het basiselement in geïntegreerde schakelingen.

Hoewel de techniek niet precies wordt teruggebracht tot de niveaus die nodig zijn voor moderne microprocessors, Robert Vajtai van Rice hoopt dat het nuttig zal zijn voor uitvinders die transistors willen printen op materialen van welke aard dan ook, vooral op flexibele ondergronden.

In resultaten die vorige week werden gerapporteerd in de online editie van ACS Nano , Rijstwetenschappers werken samen met onderzoekers in Finland, Spanje en Mexico hebben op nanobuisjes gebaseerde schakelingen gemaakt met behulp van hoogwaardige inkjetprinters en aangepaste inkten.

Vajtai, een faculteitsmedewerker bij Rice's best gerangschikte afdeling Werktuigbouwkunde en Materiaalwetenschappen, leidde de studie. Pulickel Ajayan, Rice's Benjamin M. en Mary Greenwood Anderson hoogleraar werktuigbouwkunde en materiaalkunde en scheikunde, is co-auteur.

Het proces omvatte de nauwgezette analyse van monstercircuits die zijn bedrukt met enkelwandige koolstofnanobuisjes die zijn gefunctionaliseerd met vier soorten moleculen. De onderzoekers ontdekten dat een enkele laag met nanobuisjes doordrenkte inkt, gedrukt op een transparante folie, elektriciteit niet goed geleidt. Maar het toevoegen van lagen vergrootte de verbindingen tussen nanobuisjes, en dus verhoogde geleidbaarheid.

"De sleutel is het afdrukken van het juiste aantal lagen om het gewenste type geleiding te krijgen, hetzij metallisch of halfgeleidend, "Vajtai zei, eraan toevoegend dat onderzoekers geen poging hebben gedaan om metaal te scheiden van halfgeleidende nanobuisjes, wat het proces enorm vereenvoudigde.

Ze ontdekten dat bij kamertemperatuur, elektrisch transport vond plaats via het netwerk van halfgeleidende en metalen nanobuisjes. Bij lage temperaturen, de halfgeleidende nanobuisjes werden isolatoren, dus elektronentunneling tussen aangrenzende metalen nanobuizen nam het over.

uiteindelijk, voor het bouwen van transistors, het team gebruikte twee van de vier bestudeerde mengsels van gefunctionaliseerde nanobuisjes als hun bouwstenen. Nanobuisjes voor geleidende kanalen werden behandeld met polyethyleenglycol (PEG) terwijl bron, drain- en gate-elektroden werden bedrukt met gecarboxyleerde nanobuisjes. Een laag PEG werd gebruikt als het poortdiëlektricum.

"Dit is geen perfecte transistor, maar het is toepasbaar in digitale elektronica, " Vajtai zei. "Er zijn enkele beperkingen. Ik betwijfel of iemand een inkjetprinter van $ 60 zou kunnen nemen en vooraf ontworpen elektronische circuits zou kunnen printen. Maar met een high-end printer, het is een vrij eenvoudig proces en je kunt alles samenstellen wat je maar wilt." Hij verwacht dat het produceren van nano-FETS in bulk een proces vereist dat meer lijkt op zeefdrukken.

Hoewel de test-FET's van de onderzoekers relatief groot waren - ongeveer een vierkante millimeter - rapporteerden ze dat circuits konden worden teruggebracht tot ongeveer 100 micron, ongeveer de breedte van een mensenhaar, met een kanaallengte van ongeveer 35 micron - de grootte van de printkop. Verder krimpen is mogelijk met kleinere printkoppen of voorbehandelde hydrofiele of hydrofobe oppervlakken.

Vajtai zei dat op nanobuisjes gebaseerde FET's goed zullen zijn voor op logica gebaseerde toepassingen die op een flexibel oppervlak kunnen worden afgedrukt, maar die geen groot aantal circuits nodig hebben. "Stel dat je een regenjas wilt hebben die is gemaakt met transistors - om te doen wat een regenjas moet doen, waarvoor elektriciteit nodig is, zoals het aansturen en analyseren van signalen van meerdere sensoren en lichtbronnen, voor de veiligheid. Het kan gedaan worden."