21.11.2019 - Aalto University

Reine Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit hervorragenden Eigenschaften

Wissenschaftler der Aalto University, Finnland, und der Nagoya University, Japan, haben einen neuen Weg gefunden, um ultrareine Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Transistoren mit hervorragenden Halbleitereigenschaften herzustellen.

Einwandige Kohlenstoff-Nanoröhrchen (Single-wall carbon nanotubes, SWCNT) haben viele Anwendungen in der Elektronik und in neuen Touchscreen-Geräten gefunden. Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind Platten aus einer atomdicken Schicht Graphen, die nahtlos in verschiedene Größen und Formen gerollt werden. Um sie in kommerziellen Produkten wie transparenten Transistoren für Telefonbildschirme einsetzen zu können, müssen Forscher Nanoröhrchen leicht auf ihre Materialeigenschaften testen können, und das neue Verfahren hilft dabei.

Die Gruppe von Professor Esko I. Kauppinen bei Aalto verfügt über jahrelange Erfahrung in der Herstellung von Kohlenstoff-Nanoröhren für elektronische Anwendungen. Die einzigartige Methode des Teams verwendet Aerosole von Metallkatalysatoren und kohlenstoffhaltige Gase. Diese aerosolbasierte Methode ermöglicht es den Forschern, die Nanoröhrenstruktur direkt und sorgfältig zu kontrollieren.

Die Herstellung von einzelnen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Transistoren ist in der Regel mühsam. Es dauert oft Tage, vom Rohmaterial der Kohlenstoff-Nanoröhrchen bis zu den Transistoren, und die Geräte wurden mit Verarbeitungschemikalien verunreinigt, was ihre Leistung verschlechterte. Mit dem neuen Verfahren ist es jedoch möglich, Hunderte von einzelnen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Geräten innerhalb von 3 Stunden herzustellen, was eine über zehnmal höhere Effizienz bedeutet.

Vor allem aber enthalten diese hergestellten Geräte auf ihrer Oberfläche keine abbauenden Verarbeitungschemikalien. Diese so genannten ultrareinen Bauelemente waren bisher noch schwieriger herzustellen als herkömmliche einzelne Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Transistoren.

Diese sauberen Geräte helfen uns, die intrinsischen Materialeigenschaften zu messen. Und die große Anzahl von Geräten hilft, die Nanomaterialien systematischer zu verstehen und nicht nur einige Datenpunkte", sagt Dr. Nan Wei, Postdoc in der Gruppe.

Diese Studie zeigt, dass die aerosolbasierten Nanoröhrchen in Bezug auf ihre elektronische Qualität hervorragend sind, ihre Fähigkeit, Strom zu leiten, ist fast so gut wie theoretisch möglich für SWCNTs.

Noch wichtiger ist, dass die neue Methode auch zur angewandten Forschung beitragen kann. Ein Beispiel ist, dass Wissenschaftler durch die Untersuchung der Leitfähigkeit von SWCNT-Bündeltransistoren Wege finden können, die Leistung von flexiblen leitfähigen Schichten zu verbessern. Dies könnte sich als nützlich für Designer erweisen, die versuchen, flexible, schlagfeste Telefone zu bauen. Die Folgearbeiten der Gruppen in Japan und Finnland sind bereits angelaufen.

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