Connexion à la radio à nanotubes

Les nanotubes de carbone ont longtemps été un concurrent pour les futurs appareils électroniques en raison de leur potentiel de réduction de la taille des composants et de leurs excellentes propriétés électroniques. Mais la construction de circuits pratiques à partir de nanotubes de carbone s'est avérée difficile. Aujourd'hui, des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign rapportent avoir fabriqué une électronique analogique radiofréquence évolutive dans laquelle tous les dispositifs à base de transistors, y compris les antennes et les amplificateurs, sont construits à partir de transistors à nanotubes.

Transistor radio : Une micrographie montre un réseau de quatre transistors à nanotubes.

L'objectif est d'établir les nanotubes de carbone comme un concurrent réaliste avec l'électronique analogique conventionnelle, dit John Rogers , professeur de science et d'ingénierie des matériaux à l'Université de l'Illinois. Rogers a trouvé une nouvelle façon de fabriquer des transistors en utilisant des réseaux parallèles de nanotubes. (Voir Une percée dans les transistors à nanotubes.) En guise de démonstration de la capacité d'utiliser la méthode en électronique, il a fabriqué un récepteur radio dont chacun des composants actifs est créé à partir de nanotubes. Pour tester l'électronique, les chercheurs disent qu'ils ont réglé la radio à nanotubes sur une station commerciale à Baltimore pour entendre le rapport de trafic.

C'est une avancée très importante, dit Peter Burke , chef du groupe de nanotechnologie à l'Université de Californie, Irvine. Ils ont réussi à fabriquer le premier amplificateur radiofréquence à partir de nanotubes.

En effet, d'autres groupes ont déjà démontré l'utilisation de nanotubes simples dans des circuits radio. (Voir La plus petite radio du monde.) Ce que nous avons fait est un peu différent, dit Rogers. La recherche précédente a impliqué l'utilisation d'un seul nanotube de carbone pour agir comme un récepteur radio. Dans nos radios, chaque composant actif est basé sur des nanotubes, jusqu'au point où les écouteurs se branchent, dit-il.

Multimédia

• Voir un schéma et une électromicrographie de la technologie.

• Écoutez un enregistrement de la radio à l'aide de la radio nano.

L'utilisation de nanotubes uniques de cette manière ne serait normalement pas possible en raison des courants relativement élevés utilisés dans les circuits analogiques, tels que les amplificateurs. Pour contourner ce problème, les nanotransistors de Rogers sont constitués de réseaux de milliers de nanotubes en parallèle, de telle manière qu'ils propagent le courant, tout en se comportant collectivement comme un matériau semi-conducteur.

Rogers dit que la méthode de fabrication utilisée pour construire l'analogique se prête aux processus de fabrication actuels. Avec ces matrices, nous pouvons construire nos dispositifs, matrices de dispositifs et circuits intégrés dans des séquences de traitement à l'échelle des tranches qui sont entièrement compatibles avec les approches établies pour la construction de dispositifs à semi-conducteurs, explique Rogers.

Un facteur crucial dans la fabrication de ces transistors réside dans la capacité de Rogers à faire croître les nanotubes de carbone dans de tels réseaux uniformes. Mais en faisant croître les nanotubes sur un substrat de quartz monocristallin, en utilisant un processus de dépôt chimique en phase vapeur standard, Rogers et ses collègues ont pu fabriquer des réseaux alignés qui sont complètement parallèles, dit-il.

Une fois les réseaux développés, Rogers fabrique un transistor en utilisant des techniques de structuration existantes pour poser des électrodes de source et de drain sur les deux extrémités de tous les nanotubes, et en plaçant une grille sur leur largeur collective. À partir de ce moment-là, le processus ressemble à la fabrication de silicium sur des dispositifs isolants, explique Rogers.

À mesure que les transistors au silicium deviennent plus petits, les limitations inhérentes deviennent plus critiques, dit Alex Zettl , physicien à l'Université de Californie à Berkeley. Les nanotubes en tant que matériau sont un matériau alternatif passionnant pour former des transistors extrêmement petits et stables, dit-il.

Mais alors que l'intérêt initial des nanotubes pour l'électronique résidait dans leur taille nanométrique, leur utilisation pour les appareils électroniques analogiques suscite un intérêt croissant, explique Burke. Il y a maintenant des prédictions selon lesquelles les nanotubes surpasseront les transistors analogiques conventionnels, dit-il.

La radio de Rogers est relativement grande, chaque transistor étant composé de milliers de nanotubes de carbone. Mais il dit qu'il y a beaucoup de place pour les réduire, notamment parce qu'il y a des écarts relativement importants entre certains des nanotubes. Il devrait donc être possible de les emballer plus densément. Idéalement, vous voudriez que les nanotubes soient assis les uns à côté des autres, dit Rogers. Lui et ses collègues travaillent maintenant à la création de circuits intégrés contenant jusqu'à 100 de ces transistors.

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