Koolstof nanobuisjes vormen buigzame computerchip

Dunne lagen van koolstof nanobuisjes zijn geschikt om buigzame computerchips te maken. Dat blijkt uit een studie van John Rogers en zijn collega’s van de universiteit van Illinois (Nature, 24 juli).

Nanobuisjes gedragen zich als een halfgeleider met elektronische eigenschappen die weliswaar nog niet opwegen tegen die van standaard halfgeleiders als silicium, maar die wel meer dan goed genoeg zijn voor betrouwbare toepassing in een nieuwe generatie flexibele elektronische circuits. De onderzoekers verwachten dat de door hen ontwikkelde chips hun weg zullen vinden in flinterdunne beeldschermen, in sensoren voor gezondheidsmonitoring in kleding, of in intelligente verpakkingen voor voedingswaren.

Nadat zo’n tien jaar geleden was ontdekt dat buckybuisjes – dunne koolstofbuisjes met een kippegaasstructuur – over uitzonderlijke elektronische eigenschappen beschikken, ontstond een race om als eerste te komen met een elektronische chip op basis van deze exotische halfgeleiders. Het bleek echter niet mee te vallen om ze in grote aantallen zó te verwerken, dat de gunstige elektronische eigenschappen van individuele buisjes bewaard bleven. Het Amerikaanse bedrijf Nantero slaagde er in 2006 als eerste in om er RAM geheugenchips mee te maken en bouwt op dit moment twee fabrieken voor grootschalige productie. Toepassing van nanobuisjes op een plastic ondergrond zou bovendien chips moeten opleveren die licht, flexibel, schokbestendig én goedkoop zijn.

Rogers is dat gelukt door de buisjes niet eerst te maken en dan in een dunne laag neer te leggen, maar door ze direct chemisch te synthetiseren op een ondergrond van silicium. In de zo gevormde laag van niet meer dan één molecuul dik, vormen de nanobuisjes een verstrengeld netwerk waarin elektronen zich vrijelijk kunnen bewegen. De onderzoekers snappen hoe dat gebeurt: een theoretisch model van dit ladingtransport komt goed met de metingen overeen. Om de verschillende componenten op de chip van elkaar te scheiden, etsten ze lijnen in de laag en brachten met goud elektroden aan. Vervolgens werd dit alles bedekt met een laagje plastic, waarna het geheel voorzichtig van de silicium ondergrond kon worden losgetrokken. Zo ontstonden plastic chips met elk meer dan honderd transistors en andere componenten, die allerlei functies bleken te kunnen uitvoeren. De eigenschappen van deze chips waren reproduceerbaar en de levensduur ervan was voldoende voor praktische toepassing.

Rob van den Berg