Infineon Menjadi Syarikat Pertama Menunjukkan Transistor Nanotube Karbon untuk Aplikasi Kuasa

Munich, Jerman ?? 23 Februari 2004 ?? Satu pasukan penyelidik dari Infineon Technologies AG kini dapat menunjukkan, buat kali pertama, nanotube karbon kecil bukan sahaja mewakili alternatif yang menarik untuk integrasi silikon atau untuk pengetatan cip, tetapi mereka juga dapat menyediakan asas untuk kuasa komponen. Hasil yang telah dicapai telah diperolehi daripada cip ujian yang mana nanotube dikeluarkan menggunakan prosedur Deposisi Wap Kimia (CVD) biasa. Prototaip transistor kuasa boleh mengawal motor kecil serta pemancar cahaya dioda (LED). Semua parameter proses, seperti suhu dan bahan, sesuai untuk digunakan bersamaan dengan proses pembuatan semikonduktor standard. Proses pertumbuhan nanotube karbon hanya memerlukan beberapa minit. Seawal pertengahan tahun 2002, para penyelidik Infineon telah menarik perhatian orang ramai apabila mereka menunjukkan pertumbuhan nanotube karbon dengan cara yang terkawal di lokasi yang telah ditetapkan di wafer silikon.

Semikonduktor kuasa seperti MOSFET kuasa (transistor kesan kesan logam-oksida-semikonduktor) memandu beban elektronik dalam banyak aplikasi, seperti motor dan pengawal. Di sini, adalah penting bahawa suis kuasa menyebabkan sedikit kehilangan kuasa yang mungkin, walaupun pada hakikatnya mereka menukar voltan tinggi dan arus. Oleh itu, rintangan beralih dan ketumpatan arus adalah nilai ciri yang paling penting untuk transistor kuasa. MOSFET moden, seperti produk CoolMOS Infineon, mencapai rintangan beralih 20mΩ / mm ² dan kepadatan semasa 2000A / cm ². Kapasiti tinggi dan kapasiti dibawa semasa yang ditawarkan nanotube karbon dapat meningkatkan nilai-nilai ini dengan ketara. Penyelidik Infineon dapat menunjukkan bahawa rintangan penukaran biasa untuk transistor kuasa yang dibina dengan nanotube karbon adalah 20 kali lebih rendah daripada transistor konvensional, yang mengakibatkan kekurangan tenaga yang sama. Tambahan pula, transistor berasaskan karbon menahan ketumpatan semasa yang kira-kira 200 kali lebih tinggi daripada paras yang boleh ditangani oleh silikon mereka. ?? Satu ciri penting nanotube ialah mereka boleh menjadi logam atau semikonduktor, ?? kata Dr Franz Kreupl, pengurus projek di bahagian penyelidikan nanotube karbon Infineon. Ini menjadikan ia mungkin untuk membina elemen penukaran aktif, seperti transistor kesan medan untuk mengawal beban elektronik, dan kami adalah orang pertama yang berjaya membuktikannya.

Oleh kerana nanotube karbon tunggal dengan diameter 1nm hanya boleh menyampaikan kira-kira 24 microamperes, cabarannya adalah untuk menguruskan ratusan atau ribuan tiub kecil secara selari untuk mencapai keupayaan membawa arus yang dikehendaki. Prototaip pertama yang dibangunkan oleh Infineon terdiri daripada kira-kira 300 tiub selari, dan ia membekalkan 2mA pada 2.5V. Memandangkan Infineon telah berjaya membuktikan, ini sudah mencukupi untuk memandu LED atau motor kecil, yang mewakili peristiwa penting dalam bidang elektronik molekul. Lebih-lebih lagi, prototaip itu dapat dengan mudah ditingkatkan untuk penarafan kuasa yang lebih tinggi.

Beberapa kemajuan baru dalam nanoteknologi telah diintegrasikan ke dalam pengeluaran transistor kuasa nanotube. Antara lain, penyelidik Infineon mampu mengembangkan nanotube karbon berdinding tinggi yang berkualiti tinggi pada tahap rendah ?? suhu 600 ° C; Sehingga kini, ini memerlukan suhu kira-kira 900 ° C. Hanya satu langkah lithographic yang diperlukan untuk membina keseluruhan transistor dengan saliran, sumber, dan hubungan pintu. Dengan penunjuk perasaan Infineon, saluran pembuangan dan sumbernya diperbuat daripada paladium. Silikon digunakan sebagai substrat, walaupun bahan konduktif cukup. Para penyelidik kemudiannya mengembangkan nanotube karbon pada dielektrik pintu aluminium dioksida tinggi-k. Nanotube karbon diedarkan secara rawak dalam proses yang agak mudah, walaupun bilangan yang cukup disusun selari dengan penggunaan untuk sambungan antara longkang dan sumber.

Maklumat Latarbelakang Karbon Nanotubes

Nanotub karbon (CNTs) adalah makromolekul yang diperbuat daripada atom karbon yang disusun dalam lembaran heksagon seperti sangkar yang membentuk silinder berongga kecil (seperti dawai ayam yang digulung) yang panjang dan diregangkan. Mereka boleh mencapai panjang sehingga 1mm, dan mempunyai diameter 0.4nm hingga lebih daripada 100nm, bergantung kepada berapa banyak tiub konsentrik membentuk di dalam satu sama lain. Terdapat dua jenis asas: CNTs berdinding tunggal (SWCNTs), dan CNT berbilang berdinding (MWCNTs). SWCNT mempunyai diameter antara 0.4 dan 5nm. Sebagai perbandingan, teknologi proses silikon tradisional kini beralih ke struktur dengan diameter minimum mencapai 90nm. Bergantung kepada geometri tiub, nanotube boleh menjadi logam atau semikonduktor.

Selain daripada ciri-ciri logam mereka, kelebihan yang paling penting dapat dilihat dalam pergerakan pengangkut muatan yang sangat tinggi SWCNT semikonduktor, yang melebihi silikon dengan faktor 200. Akan tetapi, CNT dapat menahan kepadatan semasa sehingga 10 ¹⁰A / cm². Ini adalah nilai yang sangat tinggi memandangkan fakta bahawa tembaga sudah mula mencairkan kepadatan semasa kira-kira 10 ⁷A / cm².

Memandangkan sifat-sifat ini dan hakikat bahawa ?? seperti dengan polimer elektronik ?? proses pengeluaran adalah murah, nanotube karbon berpotensi sangat sesuai untuk pelbagai aplikasi. Spektrum ini berkisar dari berkhidmat sebagai alternatif kepada silikon dan pemetaan dalam cip semikonduktor, untuk digunakan dalam paparan dan sensor, sepanjang jalan ke pekerjaan dalam semikonduktor kuasa yang diterangkan di sini.

Aktiviti penyelidikan Infineon dalam bidang nanotube karbon disubsidi oleh Kementerian Pendidikan dan Penyelidikan Persekutuan Jerman (BMBF).