如果半導體碳奈米管可以排列成密集的陣列，那麼它們有望比場效應電晶體（FETs）中的Si具有更快的效能和更低的功耗。
在此，來自美國威斯康星大學麥迪遜分校的MICHAEL S。ARNOLD等研究者，證明了在液/液介面收集的奈米管，可自組織形成二維（2D）向列液晶，與流體對齊。
實現了用於晶圓級電子裝置的對齊二維碳奈米管液晶
。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
。相關論文以題為“Aligned 2D carbon nanotube liquid crystals for wafer-scale electronics”發表在Science Advances上。
論文連結：
https：//www。science。org/doi/10。1126/sciadv。abh0640
隨著場效應電晶體（FETs）不斷縮小，傳統半導體器件的節點縮放變得越來越困難，因此，必須研究其他的下一代材料了。碳奈米管是一種候選材料，預計在功率效率、靜電門控制和開關速度方面優於傳統半導體，但只有當組織成整齊的陣列時。此外，可以透過溶液或其他低溫方法沉積的對齊陣列，可能會開啟三維（3D）積體電路的大門，以增加FET的面積密度。
利用溶液法制備奈米管陣列和其他各向異性粒子的方法，例如：使用剪下真空過濾、定向蒸發、介電電泳、蒸發自組裝、彈性釋放、尺寸限制自對準、DNA定向組裝、Langmuir-Blodgett和Langmuir-Schaefer等，前人都進行了研究。然而，在這些方法在滿足半導體電子工業的需要之前，還需要進行更多的研究。例如，需要特別大的剪下速率來實現奈米管薄膜的沉積，即使是相對較差的準對齊的塊狀墨水溶液，蒸發自組裝是一個緩慢的過程，導致密集的奈米管咖啡環，很難進行有效的靜電柵極。除了對齊之外，尤其重要的是實現晶圓尺度上的均勻性，以及在中間奈米管填充密度約為100 μm-1的情況下實現部分單層覆蓋。
廣泛地說，奈米粒子在溶液中在液體介面上的自組裝，為製備超分子和二維奈米結構提供了一條有吸引力的途徑。這種組裝是高度動態的，能夠快速糾正缺陷，而不是直接在基片上組裝和沉積。奈米粒子在液/液介面的吸附會使液/液介面能最小化，奈米粒子的大小、介面張力和粒子表面潤溼性都會影響介面吸附。當各向異性粒子（如棒狀粒子）聚集在液/液介面時，就會形成液晶向列組合。
在此，研究者證明了在液/液介面收集的單壁碳奈米管，可以形成二維向列液晶元件，為獲取高效能電子所需的奈米管陣列屬性提供了一條途徑。在連續的過程中，二維液晶被轉移到基片上，產生排列在±6°內的密集奈米管陣列，這是電子學的理想選擇。由於底層的液晶現象，奈米管的有序度隨濃度的增加和溫度的降低而提高。傳輸元件的良好對齊和均勻性，使FETs具有異常的通態電流密度，在僅0。6 V時平均為520 μA μm−1，變化僅19%。帶有離子凝膠頂門的場效應電晶體，表現出低至60 mV 10-1的亞閾值擺動。與此同時，研究者實現了在10釐米襯底上的沉積，證明了二維奈米管液晶用於商業半導體電子的前景。
圖1 TaFISA二維液晶介面組裝實驗裝置。
圖2 流動對TaFISA對準的影響，以及在10釐米寬的SiO2/Si晶片上TaFISA對準的演示。
圖3 量化流量對TaFISA排序的影響。
圖4 濃度和溫度對TaFISA的影響。
圖5 基於FESA和TaFISA碳奈米管陣列的FETs電荷傳輸測量。
圖6 FESA和TaFISA碳奈米管陣列的背門控電荷輸運測量與陣列形貌相關。
綜上所述，這些結果表明，碳奈米管收集和限制在二維液/液介面，透過液晶現象自組織，並與流動整體對齊。由此產生的奈米管元件可以轉移並沉積到基片上，以建立具有特殊區域性對齊（±6°）的晶圓級陣列。（文：水生）
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