به گزارش بانک اطلاعات مهندسی برق به نقل از جام جم تمایل محققان به طراحی و ساخت سیستم‌ها و مدارهای الکترونیکی کوچک و کوچک‌تر، موجب شده تا استفاده از فناوری‌هایی نظیر فناوری نانو و البته نانولوله‌های کربنی، بیش از هر زمان دیگری در کانون توجه قرار گیرد. این روزها، استفاده از نانولوله‌های کربنی در بسیاری از فناوری‌های نوین از جمله ریزسیستم‌های الکترونیکی به یک رویه تبدیل شده است که هیچ گریزی از آن نیست. یکی از مهم‌ترین قابلیت‌های نانولوله‌های کربنی، راندمان کاری به مراتب بالاتر آنها نسبت به سیلیکون و البته انعطاف‌پذیری خیره‌کننده آن است.

به همین علت هم یکی از کارهایی که دانشمندان در یک دهه گذشته بشدت به دنبال عملی شدن آن بوده‌اند، استفاده از این نانولوله‌ها در ترانزیستورها بوده است. این کار پیچیدگی‌های خاص خود را دارد و تاکنون یکی از موانع جدی سر راه توسعه هر چه سریع‌تر کاربرد نانولوله‌های کربنی در فناوری‌های نوین به شمار می‌رفته است. به تازگی، گروهی از محققان ایده‌‌ای جالب توجه و البته کاربردی برای بکارگیری نانولوله‌های کربنی در ترانزیستورها ارائه کرده‌اند. در حقیقت، آنها توانسته‌اند نسل جدیدی از ترانزیستورها را با استفاده از روش ساده‌ای تولید کنند که بی‌شک فناوری ترانزیستورها را متحول خواهد کرد. دکتر چونگ وو‌، دانشیار مهندسی برق در دانشگاه کالیفرنیای جنوبی که در راس این پروژه قرار داشته است، در گفتگو با سیب، جنبه‌های مختلفی از این فناوری نوین را بیان کرده است. او معتقد است که در یک دهه آینده، شکل و شمایل ترانزیستورها با تغییر و تحول چشمگیری همراه خواهد بود.

اگر به اطراف خود با دقت نگاه کنید، متوجه می‌شوید که ترانزیستورها تقریبا در هر دستگاه الکترونیکی به کار رفته‌اند. نگاهی به گذشته و تلاش‌های فعلی نشان می‌دهد که هزینه تمام شده برای تولید این ترانزیستورها قابل توجه است. استفاده از سیلیکون قلب تپنده این فناوری به شمار می‌رود که در کل، هزینه‌های آن را بالا می‌برد. علت اصلی هم این است که شرایط بکارگیری سیلیکون در ساختار ترانزیستورها به گونه‌ای است که به محیطی با دمای بسیار بالا نیاز است. ما با این نتیجه رسیده‌ایم که می‌توان با استفاده از فناوری نانو نه تنها در هزینه‌ها صرفه‌جویی قابل توجهی اعمال کرد، بلکه به دلیل راندمان کاری به مراتب بیشتر این نانولوله‌ها‌، ترانزیستورهایی به روزتر و کارآمدتر ارائه می‌شود.

بله، حق با شماست. چند سالی هست که استفاده از فناوری نانو در ساختار ترانزیستورها واقعیت یافته، اما موضوع این است که استفاده از نانولوله‌ها در گذشته تنها تک به تک بوده است؛ یعنی با استفاده از یک تک نانولوله تلاش می‌شده است که تک‌ترانزیستور با راندمان کاری قابل توجه ساخته شود. اما این استراتژی یک مشکل بسیار بزرگ به دنبال دارد. زمانی که صحبت از بکارگیری شمار قابل توجهی از ترانزیستورها در یک دستگاه خاص می‌شود، نمی‌توان امیدی به کارایی این استراتژی داشت. مبنای اصلی کار ما در این پروژه، بکارگیری دسته‌هایی از نانولوله‌های کربنی ایده کاربردی بوده است که می‌تواند فرآیند بکارگیری تزانزیستورها در طیف وسیعی از دستگاه‌های الکترونیکی را متحول کند.

در این تکنیک نوین، دیگر نیاز به استفاده از محیطی با دمای بسیار بالا نیست که البته در این حالت هزینه‌ها به صورت خودکار تا حد قابل توجهی کاهش می‌یابد. ما کار خود را روی یک ویفر سیلیکونی آغاز می‌کنیم و با استفاده از روشی خاص و البته ساده و کم‌هزینه، سطح آن را با مواد شیمیایی که خاصیت جذب کامل نانولوله‌های کربنی را داشته باشند می‌پوشانیم. در ادامه، این ویفر سیلیکونی وارد محلولی مملو از نانولوله‌های کربنی نیمه هادی می‌شود که به راحتی و با یک ماده شیمیایی که قبلا روی ویفر قرار گرفته، روی آن جای می‌گیرند. کار بعدی ما خشک کردن ویفر سیلیکونی است. آنچه که اکنون ارائه شده، مجموعه‌ای از نانولوله‌های کربنی است که برای کنار هم قرار دادن آن نه تنها هزینه بسیار کمی صرف شده‌، بلکه در زمان نیز صرفه‌جویی قابل توجهی می‌شود.

البته ما هنوز در ابتدایی‌ترین مراحل کار خود هستیم و فکر می‌کنیم تا رسیدن به مراحل آزمایشگاهی و پس از آن استفاده از آنها در خط تولید دستگاه‌های الکترونیکی فاصله زیادی داشته باشیم. با این حال، یک چیز روشن است و این ‌که چنین تلاش‌هایی هیچ‌گاه متوقف نمی‌شود.

در حال حاضر، رقابت تنگ و شانه به شانه‌ای میان غول‌های بزرگ سازنده سیستم‌های الکترونیکی نظیر رایانه‌، نمایشگر و نظایر آنها در سراسر جهان وجود دارد. پیش‌بینی ما این است که این شرکت‌ها چشم به آینده فناوری‌هایی همچون پروژه اخیر ما داشته باشند. آنها این گونه تلاش‌ها را دنبال می‌کنند و بی‌شک در نظر دارند برای عقب نماندن در این رقابت سخت، محصولات جدید خود را با تکیه بر این فناوری‌ها روانه بازار کنند. در این صورت است که نه تنها هزینه‌ها به مراتب کمتر می‌شود، بلکه افراد بیشتری می‌توانند از سیستم‌های نوین الکترونیکی بهره‌مند شوند.

در این روش، سرعت حرف اول و آخر را می‌زند. به طوری که راندمان تولید ترانزیستورها با استفاده از نانولوله‌های کربنی در این روش، قابل مقایسه با روش‌های فعلی نیست که در آنها از نانولوله‌ها به صورت تک به تک استفاده می‌شود.

همان‌طور که گفتم، هنوز در ابتدای راه هستیم و نمی‌توان درباره عملیاتی شدن آن صحبت کرد. اما اخیرا 2 شرکت اروپایی برای بررسی بیشتر این ایده، خواستار اطلاعات بیشتری از ما شده‌اند که این خود نشان می‌دهد پروژه ما جنبه‌های کاربردی زیادی خواهد داشت.

همانطور که می‌دانید، استفاده از سیلیکون معایب و مزایای خود را دارد. ما به دنبال حذف هرچه بیشتر و سریع‌تر این ماده از ساختارهای ترانزیستوری هستیم. برای این منظور، در نظر داریم مواد جایگزینی را در آینده به عنوان پایه کار خود ارزیابی کنیم. در این صورت باز هم هزینه‌ها کاهش خواهند یافت.

دکتر ‌چونگ وو، دانشیار مهندسی برق در دانشگاه کالیفرنیای جنوبی است. او مدرک دکتری خود را در رشته مهندسی برق در سال1999 از دانشگاه یل آمریکا اخذ کرد. در ادامه همکاری علمی و تحقیقاتی را با دانشگاه استنفورد آغاز کرد و در حال حاضر نیز در دانشگاه کالیفرنیای جنوبی به عنوان دانشیار مشغول به تدریس است. او تاکنون بیش از 100 مقاله درباره علوم مرتبط با الکتریسیته و بکارگیری فناوری نانو در ساختارهای الکترونیکی ارائه کرده است و تاکنون افتخارات زیادی نصیب خود کرده است که از آن جمله می‌توان به کسب جایزه از بنیاد ملی علوم آمریکا در سال 2002‌، کسب جایزه‌ای ویژه از سوی ناسا در سال 2002 و جایزه ویژه در زمینه فناوری نانو در سال 2007 اشاره کرد.