Eletrônica

Técnica revolucionária faz nanotubos virarem transistores

Técnica revolucionária faz nanotubos virarem transistores
Ilustração artística dos nanotubos de carbono, envelopados pelos polímeros com extremidades tiol (esferas amarelas) e assentados autonomamente sobre os eletrodos de ouro. [Imagem: Arjen Kamp]

Prática difícil

Transistores de nanotubos de carbono não são nenhuma novidade - na verdade, vários protótipos de transistores de nanotubo vêm superando os transistores de silício há algum tempo.

O problema é que é difícil fabricá-los mesmo em escala de laboratório, porque os nanotubos saem do forno em versões metálicas e semicondutoras, tudo misturado. Mais difícil ainda será então fabricá-los em escala industrial.

Nesse quadro, promissor de um lado e decepcionante do outro, uma técnica que permita que os próprios transistores se montem sozinhos, sem nenhuma intervenção humana, pode parecer um sonho ainda mais distante.

Na verdade nem é mais um sonho, conforme acaba de demonstrar Vladimir Derenskyi, da Universidade de Gronigen, na Holanda, em parceria com colegas da Alemanha e com a colaboração da IBM de Zurique.

Automontagem dos transistores

A técnica parece enganosamente simples - para ter uma dimensão das dificuldades, basta ver que a equipe vem trabalhando nela há 10 anos, sem contar outros grupos tentando abordagens similares.

A partir de uma solução, os transistores se organizam sozinhos, emergindo sobre uma placa de ouro com quase 100% de pureza e com excepcional mobilidade eletrônica.

O segredo está nos polímeros que abraçam os nanotubos em solução. Cadeias tiol desses polímeros conectam os tubos à matriz de ouro, criando os transistores - tióis são álcoois nos quais o enxofre toma o lugar do oxigênio.

Os padrões metálicos de ouro são inicialmente gravados em um substrato, que é então mergulhado na solução de nanotubos de carbono. Para se obter o alinhamento adequado do circuito, os eletrodos são cuidadosamente espaçados, a 300 nanômetros uns dos outros. Como os nanotubos têm cerca de 500 nanômetros de comprimento, eles se assentam corretamente para compôr o transístor.

Esse espaçamento é grande e limita a densidade dos transistores, mas a equipe afirma estar confiante de que conseguirá reduzi-lo no futuro próximo.

Capítulo dramático

E houve ainda um capítulo dramático nessa descoberta. A ideia de usar as cadeias tiol ocorreu à professora Maria Loi alguns anos atrás. Contudo, durante o desenvolvimento, ela viu seu projeto quase ir por água abaixo quando a IBM patenteou essa ideia.

"Mas havia um grande problema no trabalho da IBM: os polímeros com tióis também se ligavam a nanotubos metálicos e os incluíam nos transistores, o que os arruinava," contou ela. Isso abriu caminho para uma colaboração, conforme os pesquisadores descobriram como superar essas deficiências.

"O que demonstramos agora é que esse conceito de montagem de baixo para cima funciona: usando polímeros com uma baixa concentração de tióis, podemos trazer seletivamente os nanotubos semicondutores de uma solução para um circuito. A ligação enxofre-ouro é forte, por isso os nanotubos ficam firmemente fixados: o suficiente mesmo para ficar lá após a sonicação do transístor em solventes orgânicos," contou Loi.

Bibliografia:

On-Chip Chemical Self-Assembly of Semiconducting Single-Walled Carbon Nanotubes (SWNTs): Toward Robust and Scale Invariant SWNTs Transistors
Vladimir Derenskyi, Widianta Gomulya, Wytse Talsma, Jorge Mario Salazar-Rios, Martin Fritsch, Peter Mirmalraj, Heike Riel, Sybille Allard, Ullrich Scherf, Maria A. Loi
Advanced Materials
DOI: 10.1002/adma.201606757




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