Low-voltage high-performance flexibel digital and
analog circuit based on ultrahigh-purity
semiconducting carbon nanotubes
Penulis : Ting Lei1,2, Zhenan Bao1, et al.
1.
Department of Chemical Engineering, Stanford University, Stanford, CA 94305, USA
2.
Department of Materials Science and Engineering, College of Engineering, Peking University, Beijing
100871, China
NATURE COMMUNICATIONS | (2019)10:2161 | https://doi.org/10.1038/s41467-019-10145-9 |
www.nature.com/naturecommunications
 Latar Belakang
 Metode
 Fabrikasi
 Hasil
 Perbandingan Kinerja Perangkat
 Kesimpulan
 Carbon nanotube (CNT) thin film transistor (TFT) teknologi menjanjikan untuk aplikasi
peralatan/perangkat elektronika yang fleksibel dengan performa tinggi karena :
1. mobilitas carrier tinggi
2. kelenturan mekanis tinggi
3. low cost proses pencetakan
 Beberapa rangkaian berbasis CNT TFT yang telah diimplementasikan berupa ring
osilator hanya bekerja pada frekuensi <100 kHz atau small scale logic circuit dengan
jumlah transistor terbatas (<50)
 Aplikasi CNT TFT untuk skala medium- besar untuk antarmuka dan IoT masih sangat
minim.
 Kemurnian semikonduktor <99,9% dari CNT yang dimurnikan masih belum cukup
untuk rangkaian skala besar.
 Kecepatan rangkaian beroperasi bergantung pada panjang chanel transistor. Oleh
karena itu, kekurangan kemurnian dan keseragaman pada jaringan CNT film menjadi
halangan utama untuk membuat perangkat CNT skala besar yang fleksibel
 Menggunakan teknik polimer sorting untuk menghasilkan ultrahigh selectivity 99,97%
dan high sorting yield 19,9%
 Meningkatkan metode sorting CNT dengan menggunakan degradable conjugated
polymer
Gambar 1. Peningkatan kemurnian CNT dengan menginduksi serangkaian CNT
logam
 Karakterisasi kemurnian CNT dengan fabrikasi transistor short channel (500 nm)
yang memiliki 1049 FETs (batch #1, density: 4.5 CNTs/FET), dan lainnya 7998 FETs
(batch #2, density: 5.8 CNTs/FET). Jumlah CNT diperoleh
1023 × 4.5 + 5170 × 5.8 = 34,590
 hasilnya hanya 1 silinder metal dalam batch #2 yang kemurniannya mencapai
99.997%
Metode (con’t)
Gambar 2. Evaluasi CNT batch #1 dan batch #2 secara pengukuran elektrikal
1.
S-SWNT TFT difabrikasi pada 4 inch carrier
wafer
2.
Lapisan SiNx setebal 50 nm digunakan
sebagai barrier layer dengan metode PECVD
3.
Setelah beberapa proses deposisi, perangkat
dilapisi pengapsulan 40 nm ALD AL2O3 pada
1000C
4.
Layer ini dipola dengan menggunakan
photolitography
Gambar 3.(a) Struktur layer dan (b) fabrikasi
perangkat CNT TFT pada 10 µm fleksibel
substrat polymide
 Metode CNT sorting dengan polimer wrapping keunggulan lebih karena high
selectivity (>99%), tinggi konsentrasi CNT (~0.1 mg/mL) dan waktu proses yang
lebih sdikit (<1 h)
 Dibuat desain pseudo-CMOS untuk simulasi rangkaian dan optimisasi yang
menggunakan 2 µm tipe p CNT TFT.
 Hasil amplifier yang dikembangkan
diperoleh 1000 atau 60 dB dengan gain
tegangan pada 20 kHz seperti ditunjukan
pada gambar 4.1 dengan menggunakan 9
CNT TFT dan 1 fleksibel kapasitor.
Gambar 4. Diagram rangkaian amplifier
 Membandingkan perangkat dengan CNT TFT fleksibel lainnya dan teknologi TFT
oksida logam, organik, dan nano kristal.
Gambar 4. Perbandingan performa dari beberapa rangkaian TFT lain yang fleksibel
 Perbandingan delay antara stage osilator
Gambar 5. Performa dengan stage delay < 100 ns dan pada suplai tegangan
rendah (<5 V)
 Telah dikembangkan metode sorting semikonduktor CNT yang dapat
memperoleh tingkat kemurnian 99,997% dan high yield 19,9%
 Dengan mengembangkan model transistor dan desain pseudo CMOS, telah
ditunjukan desain, optimasi, dan fabrikasi rangkaian CNT dengan performa
sangat baik dan dapat beroperasi pada tegangan dengan supplai daya yang
rendah < 5V