Nyt elektronisk vidundermateriale taber kampen til silicium
Til trods for sine eminente egenskaber kommer kulstofnanorør aldrig til at erstatte silicium som elektronikkens grundmateriale, vurderer eksperter. De mener dog, at rørene kan finde anvendelse til displays og inden for andre nicheområder.
Sammenrullede lag af kulstofatomer - kulstof-nanorør - har eminente elektriske egenskaber.
Læs også
-
Forskere udvikler superbatteri af kulstofnanorør til vindmøller
Læs mere om
Kulstofnanorør er blevet spået store anvendelser inden for elektronikken, men teknologien kommer aldrig til at erstatte silicium, konstaterede professor Bill Milne fra Cambridge University på konferencen Carbonhagen 2011, der blev afholdt i København i forrige uge.
Han forudser dog, at de små, smarte rør vil finde anvendelse inden for nicheområder f.eks. som elektrontransmittere i displays og i elektronmikroskoper.
Umuligt at styre diameteren – og dermed båndgabet
Kulstofnanorør er sammenrullede lag af kulstofatomer. I den reneste form har røret kun en enkelt væg (single wall carbon nanotube), men de findes også i udgaver, hvor flere kulstoflag er sammenrullet omkring hinanden (multiple wall carbon nanotubes). De to typer har noget forskellige egenskaber, men har begge potentielle anvendelsesområder inden for elektronikken.
Når Bill Milne vurderer, at kulstofnanorør ikke vil slå silicium af banen, skyldes det først og fremmest, at det er svært at styre de elektriske egenskaber af kulstofnanorør. Blandt andet afhænger størrelsen af båndgabet, som er en af nøgleparametrene for et halvledermateriale, af diameteren af single wall kulstofnanorør.
Når forskerne fremstiller eller 'dyrker' kulstofnanorør, har de kun en begrænset kontrol over resultatet - og netop diameteren er umulig at styre.
Et andet problem er, at hvis man anvender kulstofnanorør til at forbinde source- og drain-elektroder i en transistor, vil man uvilkårligt opnå at have kulstofnanorør med metalliske egenskaber. Det vil fuldstændig ødelægge transistorens virkemåde.
»IBM har udviklet en metode, hvor man efterfølgende brænder disse metalliske kulstofnanorør over. Det er uhyre smart, men helt upraktisk i virkeligheden,« sagde Bill Milne.
Gode elektronemittere
Det betyder dog ikke, at kulstofnanorør er dømt helt ude inden for elektronikken.
»De vil være gode til field emission displays,« siger Bill Milne
Field emission displays (FED) er en fladskærmsteknologi, hvor elektroner som i et gammeldags billedrørskærm rammer en fosforbelægning, som giver anledning til farveudsendelse.
»FED giver et bedre billede end andre fladskærmsteknologier,« siger Bill Milne, som bl.a. har samarbejdet med Samsung inden for dette område.
»Der er ingen uovervindelige tekniske problemer. Det er kun økonomiske grunde, der har afholdt Samsung for at introducere teknologien,« sagde han.
Bill Milne vurderer, at de gode egenskaber som elektronemittere også kan udnyttes i elektronmikroskoper, til travelling wave tubes (TWT), der bruges til forstærkning af radiobølger, og ved e-beam litografi, der anvendes ved halvlederproduktion.
Også et pålidelighedsproblem
På konference IEEE Nabo 2011, der blev afholdt i Oregon i USA i sidste uge, berettede Mark Strus fra National Institute of Standards and Technology, at kulstofnanorør også har et pålidelighedsproblem.
Kulstofnanorør kan overføre meget høje strømtætheder, men evnen falder gradvist under uafbrudt strøm. Endnu mere alvorligt er, at metalelektroder ødelægges ved meget høje strømme. Kredsløb med kulstofnanorør havde kun en levetid på 40 timer.
NIST-forskerne har tidligere vist, at der kan opstå fejl i netværk baseret på kulstofnanorør, hvor elektroner hopper fra det ene rør til det andet.
Derfor mener Strus ikke, at kulstofnanorør kommer til at erstatte kobber i logik- og memory-kredsløb. Som Milne tror han dog på, at de kan bruges inden for andre områder. Han peger bl.a. på fleksible elektroniske displays og solceller.
