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.

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.

Sammenrullede lag af kulstofatomer - kulstof-nanorør - har eminente elektriske egenskaber.

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.

Kommentarer (10)

Jens Ramskov Rammer atter plet!--- pånær at kulstof nanorør elektronik efterhånden har nogle år på bagen som teknologi, og ikke helt kan leve op til prædikatet "nyt". De to første nanotube felt effekt transistorer dukkede op i 1998, fx doi:10.1038/29954, og det er rigtigt at de uforudsigelige egenskaber af nanorørerne (og en række andre forhold) ser ud til at diskvalificere dem som CMOS erstatning. Silicium fungerer jo også fint! ... til gengæld kan det være at nanorør kan bruges som komponent i såkaldt spin-elektronik... men det er en udvikling der tager sin tid, og måske af den grund ikke bliver tilendebragt. Spændende at læse om Århus fantastiske opdagelse af et materiale der viser spin-effekter ved stuetemperatur - men heller ikke her er det en god ide at sælge sin silicium baserede computer - endnu :)

  • 0
  • 0

......hvor forskere holder op med at anvende absolutter om ting og anvende ordet aldrig, om ting der har vist sig besværlige at håndtere, er amatøragtigt.

Der er talrige historske eksempler på proffessorale fejtagelser om ting der ikke kunne lade sig gøre, startende med sætningen "Men den bevæger sig nu alligevel!". som tilskrives Gallilei.

http://www2001157.thinkquest.dk/galileo.htm

"""Det endte med at den forpinte, nu 70-årige videnskabsmand over for en frygtindgydende forsamling af kardinaler, gejstlige og lærde højtideligt måtte afsværge sin lære, om at jorden bevæger sig om solen. Galileo gjorde det, men han skal mumlende, ligesom i en parentes, have tilføjet: "Men den bevæger sig nu alligevel!"""".

  • 0
  • 0

Bjarke:

Det bliver dejligt den dag..........hvor forskere holder op med at anvende absolutter om ting og anvende ordet aldrig, om ting der har vist sig besværlige at håndtere, er amatøragtigt.

Det er nu ikke noget der ligger til forskere i almindelighed - kun de få der føler sig opfordret til at profetere. I medierne bliver man rutinemæssigt spurgt om hvad der vil ske i fremtiden. Bare svar: Det ved jeg ikke!

  • 0
  • 0

"Når Bill Milne vurderer, at kulstofnanorør ikke vil slå silicium af banen, skyldes det først og fremmest, "

"Derfor mener Strus ikke, at kulstofnanorør kommer til at erstatte kobber i logik- og memory-kredsløb. Som Milne tror han dog på,"

Der står "vurderer", "tror" og "mener" i hele artiklen lige pånær i manchetten hvor Jens får skrevet "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."

Det var mig der inviterede Bill netop fordi han ikke er bange for at sige sin ærlige mening om det materiale han har arbejdet intensivt med i over 10 år. En stor del af hans EGEN forskning er betydelig mindre værd hvis han får ret - han ville være bedre tjent med at foregøgle at de stadig er 94 % på sporet. Men en ærlig forsker som ham stiller sig istedet op og siger "vi prøvede, men det ser sgu ikke ud til at det kommer til at blive i denne omgang" ....

Nanorør kan sagtens nå at blive brugt til andre slags transistorer end lige netop som erstatning for silicium i CMOS chips. Det er meget usandsynligt. I forhold til at pakke/integrere dem tæt ligesom man kan med silicium er der stort set ingen fremskridt de sidste 10 år. Det er simpelthen vildt bøvlet at de er trådformede.

Så jeg tror han har ret. Grafen, som kulstof nanorør er lavet af, ser det bedre ud for.

  • 0
  • 0

Så jeg *tror* han har ret. Grafen, som kulstof nanorør er lavet af, ser det bedre ud for.

Man burde faktisk kunne lave små "radiorør" (Magnetron, Klystron og den slags) baseret på Grafen i stedet for vacuum; Materialet er jo mest en sky af elektroner.

  • 0
  • 0

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."

Mon ikke det mest er pressen der har "spået"?

Der er et image-problem her. Det er jo gode grunde til at talspersoner for fx. virksomheder kommer på medie-kursus før de udtaler sig offentligt. Forskere der interviewes til medierne bør også lære det. Være mere bevidst om hvad man siger, og hvad man implicit samtygger i at journalisten fylder på af mere eller mindre vilde spekulationer, som man kommer til at fremtræde som sponsor for.

  • 0
  • 0

Mennesket har en indbygget optimisme, ellers ville de aldrig få noget ud af deres andet karaktertræk: opfindsomhed. Uden tro på at tilsyneladende umulige projekter har en chance, vilke der ikke bo mennesker på jorden, slet ikke alaska og australien, og der ville i al fald ikke eksistere ingeniører.
Så det er ikke kun jounalister, der er overoptimistiske - forskerne selv er også sommetider helt fremme - men tro ikke dermed at de lyver eller svindler - højst sandsynligt tror de på at de klarer den, og det gør de sgu også sommetider. Hvis alle var 100% realistiske, boede vi stadig i huler.

  • 0
  • 0

Så det er ikke kun jounalister, der er overoptimistiske - forskerne selv er også sommetider helt fremme...

Men - som jeg husker det - var optimismen ang. carbon materialerne at de ville åbne for [b]nye[/b] anvendelser, og det holder vel stadig?

Det vil jeg hellere læse en artikel om, end noget om en "kamp", som det hedder i overskriften - hvems fantasi kommer det fra?

  • 0
  • 0

Selvom carbon forbindelserne ikke kunne bruges til noget, så ville de alligevel stå for os som et af naturens, man kan vel tillade sig at sige utrolige vidundere. Tænk på alt det sod forfædrene har levet med, lige fra dengang i hulerne, lidet anede de...

  • 0
  • 0