由西北麦考密克工程学院Mark Hersam领导的研究小组已开发封装层，能够阻止环境因素导致的碳纳米管退化。

Mark C. Hersam和Tobin J. Marks

与使用其他材料制造的单个晶体管相比，由碳纳米管制成的晶体管显示了更好的能源效率而且速度更快。然而，创建由大量晶体管组成的集成电路是一项具有挑战性的任务。

“单个微处理器里面有十亿个晶体管，”材料科学与工程Walter P. Murphy教授Mark Hersam说。“十亿个晶体管一起工作。它们不仅要工作，而且要保证数年甚至数十年可靠地工作”。

许多研究小组已试图从单个纳米碳管晶体管扩展到在晶片规模集成电路。然而，他们面临着重大的挑战。纳米尺寸组件是非常精密的，它们必须被加以保护，免受空气、水和尘埃的破坏。因此，在生产过程中，需要数十亿美元成本的无尘室。此外，制作晶体管在空间上以统一方式排列的碳纳米管基集成电路是很困难的。

在目前的研究中，研究小组已经开发了可保护纳米碳管免受环境影响的封装层。

“一种纳米材料的实现，如纳米碳管，必须让所有的原子在表面上，”Hersam说。“因此，任何接触这些材料表面的物质会影响它们的属性。如果我们做了一系列晶体管并把它们放置在空气中，水和氧气中会吸附到纳米管的表面，降低它们的性能。我们认为增加保护性封装层可以大幅降低退化过程，并实现更长的寿命。”

在这项研究中开发的方案与用在有机发光二极管(OLEDs)的工艺类似。在最初有机发光二极管被开发时，它们在空气中退化，并没有被认为是有用的。然而，封装层的开发使它可以成功地用在一系列的应用，包括智能手机显示屏、数码相机和电视机。在这项研究中，封装层的想法只适合于纳米碳管，研究小组使用无机氧化物和聚合物作为封装层。

Hersam开发的基于纳米管的静态随机存取存储器(SRAM)电路展示他的团队的概念。所有微处理器需要SRAM，并广泛应用于计算机中央处理器。在早期Hersam的实验室开发的从溶液中沉积碳纳米管的方案之后，研究小组把封装层覆盖到上面。SRAM电路被成功地通过使用封装的碳纳米管创建。封装层提供两个好处-保护设备并且提高晶片上晶体管的空间一致性。研究团队观察到没有涂层的晶体管在数小时内退化，而封装的集成电路显示了更长的使用寿命。

“制作设备后，我们把它们放在空气中，不需要进一步的保护措施，”Hersam说。“不需要把它们放在真空室或控制的环境中。其他研究人员制备了类似的设备，但不得不立即把它们放在真空室或惰性环境中以保持稳定，这显然不能被用在真实的情况中。”

Hersam相信在空气中保持稳定的SRAM在未来技术中有潜在的应用。可穿戴电子产品可有效地利用柔性纳米碳管基晶体管，而目前还在使用刚性的硅材料。此外，相对低成本的生产过程将使它用于智能卡，以减少被欺诈的机会。

“智能卡只有在极低的制造成本条件下才能实现，”他说。“因为我们利用溶液制备的碳纳米管与可伸缩和廉价的印刷方法相兼容，我们的研究结果可使智能卡及相关印刷电子设备的应用得到实现。”

研究论文已发表在《Nature Nanotechology》，论文的第一作者是Hersam实验室的研究生Michael Geier，这项研究由美国海军研究办公室和美国国家科学基金会支持。

新材料在线编译整理——翻译：Grubby      校正：摩天轮