ترانزیستورهای نانولوله‌ای سرعت بالا

High-speed transistors Nanvlvlhay 

 
مهندسین آمریکایی اولین ترانزیستور سرعت بالا را از نانولوله‌های کربنی ساخته‌اند. پیتر برک و همکارانش در دانشگاه کالیفرنیا (در ایروین) نشان دادند که وسیله آنها (یک نانولوله تک‌دیواره که به صورت ساندویچ، بین دو الکترود طلا قرار گرفته است) ‌در فرکانس‌های میکروویو بسیار سریع کار می‌کند.

 نتیجه حاصل،‌ گامی مهم در تلاش برای تولید اجزاء نانوالکترونیک است که می‌تواند جایگزین سیلیکون در کاربردهای الکترونیکی متعدد شود. امروزه مدارهای میکروالکترونیکی متداول، کوچک و کوچک‌ترشده، به نظر می‌رسد که طی دهة آینده به محدودیت‌های ناشی از خواص بنیادی سیلیکون برسند.

 خواص نیمه‌رسانایی نانولوله‌های کربنی، آنها را به جایگزینی مطمئن برای سیلیکون تبدیل می‌کند. هم‌اکنون این نانولوله‌ها در ساخت اجزاء الکترونیکی متعددی از جمله دیودها و ترانزیستورهای اثر میدانی به کار برده می‌شوند. ترانزیستورهای معمولی سه ترمینال دارند: الکترودهای سورس 1، درین 2 و گیت 3. الکترود گیت، چگالی الکترون‌ها را در ناحیه کروی ترانزیستور که معمولاً از مواد نیمه‌رسانا ساخته می‌شود، کنترل می‌نماید.

تصویر SEM از نانولوله تک دیواره نیمه‌هادیS Li et al. 2004 Nano Lett. 4 753چنانچه چگالی الکترون بالا باشد، جریان از سورس به درین می‌رود و اگر چگالی پائین باشد، جریانی برقرار نمی‌شود. این خاصیت سبب می‌شود تا ترانزیستور همانند سوئیچ تبدیل عمل نماید. برک و همکارانش ترانزیستورهای خود را با قراردادن یک نانولوله تک‌دیواره به صورت ساندویچی بین الکترودهای طلائی سورس و درین (به شکل رجوع کنید) ساختند. هنگامی که آنها ولتاژ گیت را تغییر دادند، دریافتند که این مدار با فرکانس 6/2 گیگا هرتز کار می‌کند.

 این به معنای خاموش و روشن‌شدن (قطع و وصل) جریان در حدود 1/0 نانوثانیه است که باعث شده است تا این وسیله سریع‌ترین ترانزیستور نانولوله‌ای ساخته‌شده تاکنون باشد. در حال حاضر، این وسیله در دمای 4 درجه کلوین کار می‌کند.

اما برک مطمئن است که می‌توان آن را طوری ساخت که در دمای اتاق کار کند. به‌علاوه او معتقد است که این ترانزیستور را می‌توان به نحوی ساخت که حتی در فرکانس‌های بالاتر نیز کار کند. وی می‌گوید: "تخمین من برای حد سرعت نظری این ترانزیستور1012 هرتز (تراهرتز) است که 1000 برابر سریع‌تر از سرعت رایانه‌های جدید می‌باشد.