Углеродные нанотрубки – это многообещающий материал для производства управляющей электроники дисплеев, поскольку они эффективнее кремниевых и могут быть размещены в виде массивов на гибких поверхностях. Тем не менее, до последнего времени изготовление транзисторов с применением нанотрубок было сложно реализуемой задачей. Исследователям из Университета Южной Калифорнии (University of Southern California, USC) удалось получить крупные функциональные массивы транзисторов с использованием простых методов производства.

Пиксели в компьютерных или телевизионных экранах, будь то жидкокристаллические или плазменные панели, контролируются несколькими транзисторами. В сегодняшних устройствах материалом для этих элементов выступает кремний. Как объясняет профессор электронных систем в USC Чонгву Жоу (Chongwu Zhou), массивы транзисторов изготавливаются при высоких температурах в вакууме, поэтому их стоимость высока. Применение углеродных нанотрубок представляет свои сложности. В отдельных лабораториях высокопроизводительные транзисторы для компьютерных чипов получали лишь с одной нанотрубкой, но в случае дисплеев такой вариант не сработает, поскольку необходимо покрыть компонентами большую поверхность. Жоу верит, что он может решить задачу путём формирования крупных транзисторов из групп нанотрубок.

Методика предполагает использование растворов при комнатной температуре. Кремниевая пластина помещается в химическую ванну, где она покрывается притягивающим нанотрубки составом. Затем наступает черёд раствора с полупроводниковыми углеродными нанотрубками, покрывающими химически обработанную поверхность, после чего платина с «нанопокровом» промывается. Чтобы из этой беспорядочной массы получились транзисторы, в определённые места пластины добавляются металлические электроды, которые указывают на расположение каждого транзистора и заставляют электроны перемещаться по нанотрубкам между ними. Площадки кремния на подложке выступают в качестве затворов. Пока исследователи смогли получить 3" пластину и использовать её для управления OLED-дисплеем. Существуют и другие способы производства подобных структур с применением смесей из проводящих и полупроводниковых нанотрубок, но быстродействие получается слишком низким. Заслуга же учёных из USC заключается в том, что их массивы, только на 95% состоящие из полупроводниковых нанотрубок с неточным размещением, имеют достаточно высокие характеристики для дисплеев. 5% «примесей» не оказывают существенного влияния, а очистка от них является затратным процессом.

По словам профессора материаловедения в Университете Иллинойса (University of Illinois) Джона Роджерса (John Rogers), это первый случай, когда полупроводниковые нанотрубки для высокопроизводительных транзисторов были размещены путём применения растворов. Осталось продемонстрировать возможность интегрирования разработки в законченные электронные устройства – гибкие и прозрачные OLED-дисплеи, которые могут быть свёрнуты и помещаться в карман, либо монтироваться на ветровое стекло автомобиля, чтобы ускорить восприятие выводимой информации водителем. Но для этого понадобится для начала удалить негибкий кремний. Поскольку операции с нанотрубками производятся при комнатной температуре, исследователи могут формировать массивы из них на электрически активных пластиковых подложках. Ведётся также работа по замещению неэластичных металлических электродов покрытием из оксида индия-олова – широко используемого гибкого и прозрачного материала. В изготовленном учёными прототипе пиксели из органических светодиодов соединены с массивом транзисторов проводами. Полная интеграция потребует формирования слоя диодов на управляющих схемах.

По словам Жоу, он разговаривал с производителями дисплеев а предмет коммерциализации технологии – интерес проявил корейский гигант LG. Об экранах с нанотрубками индустрия слышала не единожды в течение последних лет, задержка же вызывалась дефицитом поставок полупроводниковых нанотрубок. В 2006 году профессор материаловедения из Северо-западного университета (Northwestern University) Марк Херсем (Mark Hersam) разработал простой метод очистки нанотрубок, базирующийся на их свойствах и центрифугировании в мыльном растворе. Затем он основал компанию NanoIntegris, которая и поставляет эти элементы Жоу. Херсем считает, что осталось совсем немного времени до появления на рынке дисплеев с инновационными управляющими транзисторами.

Статья (PDF 3.3 МБ)