Les nanotubes de carbone - des formations cylindriques d'atomes de carbone avec une force et une conductivité électrique incroyables - sont très prometteurs pour la création de nouveaux dispositifs électroniques à faible consommation à l'échelle du micron.

Mais trouver un moyen de construire une plate-forme informatique fiable basée sur le matériau carbone a été un défi majeur pour les chercheurs.

Maintenant, une équipe d'ingénieurs en mécanique et en matériaux du Georgia Institute of Technology a mis au point une méthode pour identifier les variabilités de performance des transistors fabriqués à partir de réseaux de nanotubes de carbone. La nouvelle approche pourrait aider les chercheurs à créer des appareils plus fiables et, en fin de compte, à exploiter cette technologie pour une gamme d'applications telles que l'électronique portable, capteurs et antennes.

« L'utilisation de nanotubes de carbone pour fabriquer des transistors à couche mince avec une bonne répétabilité des performances a été un défi en raison des imperfections aléatoires du processus de fabrication, " a déclaré Satish Kumar, professeur agrégé à la George W. Woodruff School of Mechanical Engineering. « Ces imperfections aléatoires provoquent des variations dans les propriétés des nanotubes – différences de longueur, diamètre et chiralité. Toutes ces choses peuvent avoir un impact sur la conductivité d'un nanotube, ce qui conduit à ces variations de performances.

"Ce que nous avons fait maintenant, c'est créer un moyen systématique d'estimer ces variations qui pourraient améliorer la fiabilité des dispositifs basés sur les réseaux de nanotubes de carbone, " il a dit.

Résultats de l'étude, qui a été parrainé par la National Science Foundation, ont été publiés en mars dans Transactions IEEE sur la nanotechnologie .

Alors que des recherches antérieures se sont penchées sur la manière d'améliorer les méthodes de production de nanotubes de carbone afin d'obtenir plus d'uniformité, L'équipe de Kumar s'est concentrée sur l'analyse des variabilités de performance de manière statistique afin que les caractéristiques de performance puissent être plus estimables.

"Une telle analyse est cruciale pour explorer la fiabilité et la stabilité des circuits basés sur des réseaux de nanotubes de carbone et pour concevoir des techniques qui peuvent aider à réduire la variabilité des performances des circuits pour diverses applications électroniques, " Kumar a écrit dans le journal avec Jialuo Chen, un étudiant diplômé à Georgia Tech.

Alors que certains nanotubes de carbone conduisent l'électricité de la même manière qu'un semi-conducteur tel que le silicium, certains nanotubes de carbone ont des propriétés de conductivité plus proches du métal. Ces derniers types sont appelés nanotubes de carbone métalliques. La prévalence de tels nanotubes de carbone métalliques dans un réseau est liée à des problèmes de performances.

L'étude a révélé que les nanotubes de carbone à propriétés métalliques provoquaient des variations de performances plus importantes dans les transistors à couches minces à canaux courts que dans ceux à canaux longs, ce qui signifie que les concepteurs d'appareils pourraient atteindre des performances plus élevées en utilisant des réseaux qui ont une concentration plus élevée de transistors à couche mince à canal long.

Les chercheurs ont également découvert que les variations de longueur des nanotubes de carbone semblaient avoir moins d'impact sur les performances tant que le réseau de nanotubes était dense.

"Nos résultats montrent que la variabilité des performances des transistors à couches minces peut être reconstruite à l'aide de la fonction de distribution de paramètres pertinents qui nous aidera à créer des circuits plus fiables pour permettre la prochaine génération de microélectronique flexible à faible coût, ", a déclaré Kumar.