半導體碳奈米管在場效應電晶體 （FET） 中如果能夠以密集陣列排列，則有望比 Si 具有更快的效能和更低的功耗。
隨著場效應電晶體 （FET） 的不斷縮小和傳統半導體器件的節點縮放變得越來越困難，必須研究其他下一代材料。碳奈米管是一種有潛力的候選材料，當碳奈米管用作電晶體時，它的能源效率是矽的五倍，速度是矽的五倍。問題是對直徑只有奈米級的管子的使用非常困難，需要其表現出一致的電氣特性，這就要求碳奈米管在相同的方向上排列整齊，並且緊密而又不是太緊密的排列在一起。
研究人員一直在努力尋找精確沉積碳奈米管的技術，但威斯康星大學麥迪遜分校（ University of Wisconsin–Madison）的工程師們發現了一種將碳奈米管排列成二維液晶的新方法，相關研究人員稱
利用這項新技術可以實現在工業規模中實現碳奈米管的高度排列
，填補了碳奈米管界近30年來存在的空白，
該研究成果發表在Science Advances上。
這項技術來自於一個偶然的發現。在試圖理解之前的一些研究時，該團隊將懸浮在溶劑中的碳奈米管沉積在水層上。但研究人員注意到，碳奈米管開始自發在液體之間的介面處對齊。
在製造技術中，該團隊使用小組以前使用的技術對商業生產的碳奈米管進行分類和純化。這種淨化過程在溶劑或碳奈米管墨水中產生碳奈米管，然後它們以恆定的速度和厚度在水層上流動。在墨水和水之間的介面處，碳奈米管開始集中和自組織，形成液晶。然後將該液晶轉移到透過墨水和水介面移動的基板上。結果是得到一塊覆蓋著數萬億個高度排列的碳奈米管晶圓。
研究人員證明了在液/液介面收集的單壁碳奈米管可以形成二維向列液晶元件，為訪問高效能電子產品所需的奈米管陣列屬性提供了途徑。二維碳奈米管元件由高度排列的奈米管的各個域組成，當液體靜止時，這些域缺乏整體排列。透過使一種液體切向地流過另一種液體的表面，這些域與流動方向一致，形成一個全域性有序的結構化介面。這些元件在連續過程中被轉移到目標基板上，從而能夠實現對齊和密集排列的奈米管的晶圓級沉積。
透過拉曼光譜該團隊能夠確認碳奈米管密度接近電子產品所需的密度，並且使用掃描電子顯微鏡，他們還確定了管子的區域性排列在 6° 以內。這種近乎理想的奈米管排列產生了優異的電效能，並在整個晶片上得到了證實。
這一過程是碳奈米管研究的一大進步。然而，在碳奈米管計算機處理器最終應用於智慧手機和膝上型電腦之前，它確實尚需一些調整。工業標準是12英寸的晶圓，因此該工藝需要擴大規模，同時保持奈米管排列的均勻性，該工藝獲得了威斯康星校友研究基金會的專利。該團隊希望進一步改善排列方式，同時也致力於增迦納米管的密度，同時確保它們不會相互交叉，這是另一個挑戰。
如果能夠解決這些挑戰，那麼就能實現用碳奈米管制造計算機晶片，其效能將明顯優於矽。另外，將碳奈米管懸浮在溶液中，還可以把它們沉積成多層，就像3D積體電路一樣。這將大大增加電晶體的數量。
◾文獻資訊
Aligned 2D carbon nanotube liquid crystals for wafer-scale electronics
KATHERINE R。 JINKINS ， SEAN M。 FORADORI XVIVEK SARASWAT， ROBERT M。 JACOBBERGER ， JONATHAN H。 DWYER， PADMA GOPALAN ， XARGANTHAËL BERSON AND MICHAEL S。 ARNOLD
SCIENCE ADVANCES
DOI： 10。1126/sciadv。abh0640
