Onderzoekers van de Universiteit van Illinois hebben een manier ontwikkeld om gaten in draden te dichten die te klein zijn voor zelfs 's werelds kleinste soldeerbout.

Onder leiding van professor elektrotechniek en computertechniek Joseph Lyding en afgestudeerde student Jae Won Do, het Illinois-team publiceerde zijn resultaten in het tijdschrift Nano-letters .

Koolstofnanobuisjes zijn als kleine holle koolstofdraden van slechts 1 atoom dik - vergelijkbaar met grafeen, maar cilindrisch. Onderzoekers hebben onderzocht om ze te gebruiken als transistors in plaats van traditioneel silicium. omdat koolstofnanobuisjes gemakkelijker op alternatieve substraten kunnen worden getransporteerd, zoals dunne vellen plastic, voor goedkope flexibele elektronica of platte beeldschermen.

Koolstofnanobuisjes zelf zijn hoogwaardige geleiders, maar het maken van enkele buizen die geschikt zijn om als transistors te dienen, is erg moeilijk. Arrays van nanobuisjes zijn veel gemakkelijker te maken, maar de stroom moet door knooppunten van de ene nanobuis naar de andere springen, het vertragen. In standaard elektrische draden, dergelijke verbindingen zouden worden gesoldeerd, maar hoe kunnen de hiaten op zo'n kleine schaal worden overbrugd?

"Het kwam bij me op dat deze nanobuisverbindingen heet worden als je er stroom doorheen laat gaan, " zei Lyding, "Een beetje zoals een defecte bedrading in een huis kan leiden tot hotspots. In ons geval, we gebruiken deze hotspots om een ​​lokale chemische reactie op gang te brengen waarbij metaal wordt afgezet dat de verbindingen met nanosoldeer aanbrengt."

Lyding's groep samen met Eric Pop, een adjunct-professor in elektrische en computertechniek, en John Rogers, Swanlund hoogleraar materiaalkunde en techniek, experts op het gebied van de synthese en overdracht van koolstofnanobuisjes, evenals scheikundeprofessor Greg Girolami. Girolami is een expert in een proces waarbij gassen worden gebruikt om metalen op een oppervlak af te zetten, zogenaamde chemische dampafzetting (CVD).

Het nano-soldeerproces is eenvoudig en zelfregulerend. Een array van koolstofnanobuisjes wordt in een kamer geplaatst die vol is gepompt met de metaalbevattende gasmoleculen. Als er een stroom door de transistor loopt, de juncties worden warm door weerstand als elektronen van de ene nanobuis naar de andere stromen. De moleculen reageren op de hitte, het afzetten van het metaal op de hete plekken en het effectief "solderen" van de verbindingen. Dan zakt de weerstand, evenals de temperatuur, dus de reactie stopt.

Het nanosolderen duurt slechts enkele seconden en verbetert de prestaties van het apparaat met een orde van grootte - bijna tot het niveau van apparaten gemaakt van enkele nanobuisjes, maar veel gemakkelijker op grote schaal te produceren.

"Het zou gemakkelijk zijn om het CVD-proces in te voegen in bestaande processtromen, Lyding zei. "CVD-technologie is in de handel verkrijgbaar van de plank. Mensen kunnen deze transistors fabriceren met de mogelijkheid om ze aan te zetten, zodat dit proces kan worden gedaan. Als het klaar is, kunnen ze de bedrading afmaken en aansluiten op de circuits. Uiteindelijk zou het een goedkope procedure zijn."

Nutsvoorzieningen, de groep werkt aan het verfijnen van het proces.

"We denken dat we het nog beter kunnen maken, ' zei Lyding. 'Dit is de prelude, wij hopen, maar het is eigenlijk heel belangrijk."