Les nanotubes de carbone peuvent être utilisés pour fabriquer de très petits appareils électroniques, mais ils sont difficiles à gérer. scientifiques de l'Université de Groningue, avec des collègues de l'Université de Wuppertal et d'IBM Zurich, ont développé une méthode pour sélectionner des nanotubes semi-conducteurs à partir d'une solution et les faire s'auto-assembler sur un circuit d'électrodes en or. Les résultats ont été publiés dans la revue Matériaux avancés le 5 avril.

Les résultats semblent d'une simplicité trompeuse :un transistor auto-assemblé avec une pureté de près de 100 % et une mobilité électronique très élevée. Mais il a fallu dix ans pour en arriver là. Professeur de photophysique et d'optoélectronique à l'Université de Groningue, Maria Antonietta Loi a conçu des polymères qui s'enroulent autour de nanotubes de carbone spécifiques dans une solution de tubes mixtes. Les chaînes latérales thiol sur le polymère lient les tubes aux électrodes en or, créant le transistor résultant.

Brevet

« Dans nos précédents travaux, nous avons beaucoup appris sur la façon dont les polymères se fixent à des nanotubes de carbone spécifiques », Loï explique. Ces nanotubes peuvent être représentés comme une feuille de graphène laminée, la forme bidimensionnelle du carbone. 'Selon la façon dont les draps sont enroulés, ils ont des propriétés allant du semi-conducteur au semi-métallique en passant par le métallique.' Seuls les tubes semi-conducteurs peuvent être utilisés pour fabriquer des transistors, mais le processus de production aboutit toujours à un mélange.

« Nous avons eu l'idée d'utiliser des polymères à chaînes latérales thiols il y a quelque temps », dit Loi. L'idée était que lorsque le soufre se lie aux métaux, il dirigera les nanotubes enveloppés de polymère vers des électrodes en or. Pendant que Loi travaillait sur le problème, IBM a même breveté le concept. « Mais il y avait un gros problème dans le travail d'IBM :les polymères avec des thiols se sont également attachés aux nanotubes métalliques et les ont inclus dans les transistors, qui les a ruinés.

Solution

La solution de Loi était de réduire la teneur en thiol des polymères, avec l'aide de chimistes des polymères de l'Université de Wuppertal. « Ce que nous avons maintenant montré, c'est que ce concept d'assemblage ascendant fonctionne :en utilisant des polymères à faible concentration de thiols, nous pouvons apporter sélectivement des nanotubes semi-conducteurs d'une solution sur un circuit.' La liaison soufre-or est forte, les nanotubes sont donc solidement fixés :de quoi même y rester après sonication du transistor dans des solvants organiques.

Le processus de fabrication est simple :les motifs métalliques sont déposés sur un support, qui est ensuite plongé dans une solution de nanotubes de carbone. Les électrodes sont espacées pour obtenir un alignement correct :« Les tubes mesurent environ 500 nanomètres de long, et nous avons placé les électrodes des transistors à des intervalles de 300 nanomètres. Le prochain transistor est à plus de 500 nanomètres. L'espacement limite la densité des transistors, mais Loi est convaincue que cela pourrait être augmenté avec une ingénierie intelligente.

'Au cours des dernières années, nous avons créé une bibliothèque de polymères qui sélectionnent les nanotubes semi-conducteurs et développé une meilleure compréhension de la façon dont la structure et la composition des polymères influencent les nanotubes de carbone qu'ils sélectionnent', dit Loi. Le résultat est une méthode de production bon marché et évolutive pour l'électronique des nanotubes. Alors, quel avenir pour cette technologie ? Loi : « Il est difficile de prédire si l'industrie développera cette idée, mais nous travaillons sur des améliorations, et cela finira par rapprocher l'idée du marché.'