Учеными создана первая коммерческая прозрачная и гибкая матрица транзисторов из нанотрубок.

Ученые держат в руках бесцветный и прозрачный диск диаметром около 12 сантиметров (5 дюймов), который является матрицей транзисторов с использованием нанотрубок. Можно сказать, что с появлением этого устройства электроника начинает новый виток – гибкие прозрачные дисплеи, электронная бумага, тонкие прозрачные компьютеры и другие устройства хранения данных становятся реальностью.

Нет нужды говорить о важности этого события. Мы так часто писали, и обнадеживали читателей, что вот-вот, и наступит всеобщая эра прозрачной электроники, мы видели ее первые шаги и становление, правда, в виде многочисленных экспериментов, далеких от технологии.

Но нанотехнологии не стоят на месте, и теперь, диск, изготовленный с помощью методов промышленной электроники и состоящий из 20000 высокоскоростных нанотрубочных транзисторов является лучшим доказательством мощи и возможностей нанотехнологий. Пусть это произошло не в 2007, как планировали аналитики, но все же и конец 2008 – неплохой старт для технологии, которая изменит облик большинства коммерческих электронных устройств.

Диск создали ученые Фумиаки Ишикава (Fumiaki Ishikawa) и Хсиях-Канг Чанг (Hsiaoh-Kang Chang) из Инженерной Школы в Витерби (USC Viterbi School of Engineering) при Университете Южной Калифорнии (University of Southern California). Под руководством профессора Чонгву Жу (Chongwu Zhou) они решали частичную проблему – нанесение тонких слоев нанотрубочных матриц на стеклянные поверхности, а в итоге их исследования завершились созданием высокоплотной прозрачной матрицы нанотрубочных транзисторов.

Оказалось, что ее можно наносить на закаленное стекло, но и без него матрица работает замечательно. Диск с транзисторами напечатан с помощью недорогой технологии низкотемпературной обработки, позволяющей нанести матрицу на гибкие тканевые или пластиковые основы.

Рис. 1. Прозрачный диск TTFTs, созданный учеными

Дополнительно ученым удалось соединить матрицу прозрачных нанотранзисторов с GaN светодиодами, изменяющими светосилу в 1000 раз при подаче на них энергии. Фактически – это первый шаг в сторону производства коммерческих прозрачных дисплеев на основе прозрачной электроники.

Полученная нами матрица нанотрубок, фактически, – основной строительный блок более сложных электронных приборов, – поясняет один из исследователей.

Нанотрубки – основа транзисторов матрицы, связаны с микроскопическими электродами из оксида иридия, выполняющими функции стоков, истоков и затворов. Сами же нанотрубки несут сугубо токопроводящую роль. Ну и обеспечивают необходимую механическую пластичность всего устройства.

Ранее подобные эксперименты не приносили желаемого результата. Транзисторы были либо слишком медленными, либо механически жесткими. Осложняло применение ранней прозрачной электроники то, что транзисторы были n-типа, в то время, как для промышленного применения нужны как p-, так и n-типы.

Но Чонгву Жу и его коллеги не достигли бы столь потрясающего результата без использования недавнего своего открытия – технологии создания высокоплотных полимерных пленок с сетью нанотрубок внутри. При этом мобильность носителей заряда составляет не менее ∼1300 см² В^-1 с^-1.

Новая технологическая база названа учеными высокоскоростными полностью прозрачными транзисторами: high-performance fully transparent thin-film transistors (TTFTs)

Механическая пластичность образца также достаточно велика: угол искривления матрицы может доходить до 120°! Прозрачность же тоже на уровне – составляет 80%.

Рис. 2. Ранние эксперименты профессора Жу – красным выделена область расположения нанотранзисторов

Как говорит Жу, именно их лаборатория за последние три года удерживает первенство по исследованиям в области прозрачной электроники. Так, в 2007 ученые создали первую матрицу транзисторов на прозрачной пластиковой основе, а ранее, в 2006 – разработали саму архитектуру на основе нанотрубок.

Первоначально мы выращивали нанотрубки на кварцевых поверхностях, и только затем перемещали их на подготовленный пластик с заранее изготовленными на нем электродами из оксида индия. Также мы со временем отказались от неупорядоченных нанотрубочных структур в пользу линейно расположенных матриц. Только так можно достичь большого количества одинаковых высокоскоростных транзисторов и гибкости всей микросхемы, – говорит Жу.

Как далее объяснил ученый, с упорядоченными массивами проще работать: процесс их обработки значительно ускоряется.

Более подробно о производстве массива прозрачных нанотрубок ученые рассказали в статье «Transparent Electronics Based on Transfer Printed Aligned Carbon Nanotubes on Rigid and Flexible Substrates» в журнале ASCnano.

Теперь на горизонте более явно замаячили новые продукты: футболки с гибкими процессорами, способными формировать любые рисунки, «умные» метки на тканях, электронные газеты в виде прозрачных свитков, цифровые картины, и многое другое, до чего не дошла буйная фантазия инженеров, подпитанная маркетологическим спросом.

Свидиненко Юрий