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Neue Technik Aktiviert Integration des Kohlenstoffes Nanotubes in IS

Published on November 1, 2012 at 7:26 AM

Unter Verwendung einer neuen Methode für die Absetzung des Kohlenstoffes genau steuern, haben Forscher eine Technik für die Verbindung von mehrwandigen Kohlenstoff nanotubes an die metallischen Auflagen von integrierten Schaltungen ohne den hohen Schnittstellenwiderstand demonstriert, der durch traditionelle Fälschungstechniken produziert wird.

Bild zeigt eine Nahaufnahme einer Silikonsubstratfläche, die eine Reihe Elektroden enthält, die in der Georgia-Technologieforschung für Verbindungskohlenstoff nanotubes verwendet wurde. (Kredit: Gary Mild)

Basiert auf Träger-induzierter Absetzung des Elektrons (EBID), wird die Arbeit geglaubt, um die erste zu sein, zum von mehrfachen Shells eines mehrwandigen Kohlenstoff nanotube an Metallendstücke auf einer Halbleitersubstratfläche anzuschließen, die zur Fälschung der integrierten Schaltung relevant ist-. Unter Verwendung dieser dreidimensionalen Fälschungstechnik entwickelten Forscher an der Georgia-Fachhochschule Graphit-nanojoints an beiden Enden der mehrwandigen Kohlenstoff nanotubes, die eine 10fache Abnahme an der Widerstandskraft in seinem Anschluss zu den Metallkreuzungen erbrachten.

Die Technik könnte die Integration von Kohlenstoff nanotubes wie sich untereinander verbindet in den zukünftigen integrierten Schaltungen ermöglichen, die Silikon- und Kohlenstoffbauteile verwenden. Die Forschung wurde durch Semiconductor Research Corporation und in seinen Anfangsstadien, durch die National Science Foundation unterstützt. Die Arbeit wurde online Am 4. Oktober 2012, durch die Zapfen IEEE-Transaktionen auf Nanotechnologie berichtet.

„Zum ersten Mal, haben wir Anschlüsse zu den mehrfachen Shells von Kohlenstoff nanotubes mit einer Technik, die Integration mit herkömmlichen Prozessen microfabrication der integrierten Schaltung zugänglich ist,“ sagten Andrei Fedorov festgelegt, erlaubt ein Professor in der George W.-Waldmeister-Schule des Maschinenbaus an Georgia-Technologie „, die an mehrfache Shells Anschließt, uns, den Widerstand drastisch zu verringern und auf das folgende Niveau der Einheitsleistung umzuziehen.“

Wenn sie die neue Technik entwickelten, bauten die Forscher auf die Formung, zum ihrer Prozessparameter zu führen. Um sie ersteigbar zu machen für die Herstellung, arbeiteten sie auch auf Technologien für das Trennen und das Ausrichten von einzelnen Kohlenstoff nanotubes zwischen den Metallendstücken auf einer Silikonsubstratfläche und für das Prüfen der Eigenschaften der resultierenden Zellen hin. Die Forscher glauben, dass die Technik auch verwendet werden könnte, um mehrschichtiges graphene an Metallkontakte anzuschließen, obwohl ihre erschienene Forschung bis jetzt sich auf Kohlenstoff nanotubes konzentriert hat.

Der niedrigtemperatur-EBID-Prozess findet in einer Rasterelektronenmikroskop (SEM)anlage statt, die für materielle Absetzung geändert wird. Die SEMs Unterdruckkammer wird geändert, um Vorläufer der Materialien einzuführen, die Forscher abgeben möchten. Die Elektronenkanone, die normalerweise für Darstellung von nanostructures verwendet wird, wird stattdessen verwendet, um Sekundärelektronen der niedrigen Energie zu erzeugen, wenn die Hochenergiehauptelektronen die Substratfläche an sorgfältig ausgesuchten Einbauorten beinflussen. Wenn die Sekundärelektronen auf die Kohlenwasserstoffvorläufermoleküle einwirken, die in die SEM-Kammer eingeführt werden, wird Kohlenstoff in gewünschten Einbauorten abgegeben.

Eindeutig zum EBID-Prozess, stellt der abgegebene Kohlenstoff eine starke, chemisch-geklebte Beziehung zu den Enden der Kohlenstoff nanotubes, anders als die schwach-verbundene körperliche Schnittstelle her, die in den traditionellen Techniken gemacht wird, die auf Metallverdampfung basieren. Vor Absetzung sind die Enden der nanotubes unter Verwendung eines Ätzverfahrens geöffnet, also wächst der abgegebene Kohlenstoff in das offene Ende des nanotube, um mehrfache Shells elektronisch anzuschließen. Thermisches Ausglühen des Kohlenstoffes, nachdem Absetzung ihn in ein kristallenes Graphitformular konvertiert, das beträchtlich elektrische Leitfähigkeit verbessert.

„Atom-durch-Atom, können wir den Anschluss aufbauen, in dem der Elektronenstrahl nach rechts nahe dem offenen Ende der Kohlenstoff nanotubes schlägt,“ Fedorov erklärten. „Die höchste Kinetik der Absetzung tritt auf, wo die Konzentration des Vorläufers hoch ist und es viele Sekundärelektronen gibt. Dieses versieht ein nanoscale, das gestaltet Hilfsmittel mit dreidimensionaler Regelung für die Verbindung der offenen Enden von Kohlenstoff nanotubes auf jeder möglicher gewünschten Substratfläche.“

Mehrwandige Kohlenstoff nanotubes bieten das Versprechen des höheren Informationslieferungsdurchsatzes für sicheres sich untereinander verbindet verwendet in den elektronischen Geräten an. Forscher haben sich eine zukünftige Generation von den hybriden Einheiten vorgestellt, die auf traditionellen integrierten Schaltungen basieren, aber die Anwendung verbindet sich basiert auf Kohlenstoff nanotubes untereinander.

Bis jetzt jedoch ist Widerstand an den Anschlüssen zwischen den Kohlenstoffzellen und herkömmlichen der Silikonelektronik zu hoch gewesen, die Einheiten praktisch herzustellen.

„Die große Herausforderung auf diesem Gebiet ist, eine Beziehung nicht gerade zu einem einzelnen Shell eines Kohlenstoff nanotube herzustellen,“ sagte Fedorov. „Wenn nur die äußere Wand eines Kohlenstoff nanotube angeschlossen wird, gewinnen Sie wirklich nicht viel, weil die meisten des Übertragungskanals ist nicht vollständig ausgenutzt oder nicht überhaupt verwendet.“

Die Technik, die von Fedorov und von seinen Mitarbeitern entwickelt wird, produziert Rekordtiefwiderstandskraft am Anschluss zwischen dem Kohlenstoff nanotube und der Metallauflage. Die Forscher haben Widerstand so niedrig wie ungefähr 100 Ohm - ein Faktor von zehn niedriger als das Beste gemessen, das mit anderen Anschlusstechniken gemessen worden war.

„Diese Technik gibt uns viele neuen Gelegenheiten, mit der Integrierung dieser Kohlenstoff nanostructures in herkömmliche Einheiten vorwärts einzusteigen,“ sagte er. „Weil es Kohlenstoff ist, hat diese Schnittstelle einen Vorteil, weil seine Eigenschaften denen der Kohlenstoff nanotubes ähnlich sind, zu denen sie zur Verfügung stellen einen Anschluss.“

Die Forscher kennen nicht genau, wieviele der Kohlenstoff nanotube Shells angeschlossen werden, aber basiert auf Widerstandmaßen, glauben sie, dass 10 mindestens der ungefähr 30 Leitshells zur elektrischen Leitung beitragen.

Jedoch stellt das Handhaben von Kohlenstoff nanotubes eine beträchtliche Herausforderung zu ihrem Gebrauch wie sich untereinander verbindet dar. Wenn sie durch die Lichtbogentechnik zum Beispiel gebildet werden werden Kohlenstoff nanotubes als Verwicklung von Zellen mit unterschiedlichen Längen und von Eigenschaften, einige mit mechanischen Defekten produziert. Techniken sind, um einzelne nanotubes auszusondern, entwickelt worden und ihre Enden zu öffnen.

Fedorov und seine Mitarbeiter- - aktuell und ehemaligenstudenten im aufbaustudium Songkil Kim, Dhaval Kulkarni, Konrad Rykaczewski und Mathias Henry, zusammen mit Georgia-Technologieprofessor Vladimir Tsukruk - entwickelten eine Methode für das Ausrichten der mehrwandigen nanotubes über elektronischen Kontakten unter Verwendung der fokussierten elektrischen Bereiche im Verbindung mit einer Substratflächenschablone, die durch Elektronenstrahllithographie erstellt wurde. Der Prozess hat einen beträchtlich verbesserten Ertrag richtig ausgerichtete Kohlenstoff nanotubes, mit einem Potenzial für Ersteigbarkeit über einem großen Chip-Bereich.

Sobald die nanotubes in ihre Stellungen gelegt werden, wird der Kohlenstoff unter Verwendung des EBID-Prozesses abgegeben, gefolgt von der Graphitbildung. Die Phasentransformation in der Kohlenstoffschnittstelle wird unter Verwendung Raman-Spektroskopie geüberwacht, um zu garantieren, dass das Material in seinen optimalen nanocrystalline Graphitzustand umgewandelt wird.

„Nur indem wir Fortschritte in jedem dieser Bereiche machen, können wir diesen technologischen Fortschritt erzielen, der eine aktivierende Technologie für das nanoelectronics ist, das auf Kohlenstoffmaterialien basiert,“ er sagten. „Dieses ist wirklich ein entscheidender Schritt für die Herstellung vieler verschiedenen Arten von Einheiten unter Verwendung Kohlenstoff nanotubes oder graphene.“

Bevor die neue Technik in großem Rahmen verwendet werden kann, müssen Forscher ihre Technik für das Ausrichten von Kohlenstoff nanotubes verbessern und EBID-Anlagen entwickeln, die fähig sind, Verbinder auf mehrfachen Einheiten gleichzeitig abzugeben. Elektronenstrahlanlagen der Fortschritte parallel stellen möglicherweise eine Methode zur Verfügung, die Anschlüsse in Serienfertigung herzustellen, sagte Fedorov.

„Eine bedeutende Arbeitslast bleibt, in diesem Bereich erledigt zu werden, aber wir glauben, dass dieser, wenn Industrie interessiert wird,“ er beachtete möglich ist. „Es gibt Anwendungen, in denen Integrierungskohlenstoff nanotubes in Schaltungen sehr attraktiv sein konnten.“

Quelle: http://gtresearchnews.gatech.edu

Last Update: 1. November 2012 13:42

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