奈米碳管半导体材料有突破性发展

众所周知使用奈米碳管来制作极速计算机或其它电子装置，已经陷入了发展上的困境，因为生产一批奈米碳管的材料中，会包含不同的电子属性参杂在里头，可能前一支是半导体的材料，下一支却是导体奈米管。现在，美国西北大学研究人员已经开发成一种可靠且有潜力的实作方法，去排序这些凌乱分散的奈米管，并且精准地把需要的型式用到高效能的电子组件上。此一先进的技术可加速有关奈米管计算机的进展，以及很多近期产品需要的应用，包括高解晰的显示器、奈米毒性测试用装置与太阳能电池等。

这项新的处理流程可分离（Sorting）金属性的与半导体性的奈米管，它同时也能再以其直径大小来分离应用（为了制作高可靠度计算机芯片的一项要素），并且排除掉污染物。当研究人员预期能依直径来排序奈米管时，发现也能依电子性质来做排序，令人感到相当地意外，西北大学小组中一位研究人员，也是该校材料科学与工程教授的Mark Hersam说到：「我们刚开始简直不敢相信这是真的。」

奈米碳管是一种最终能取代以硅晶为本之电子材料的极佳候选方案，因为它尺寸小又具备优良的电性，有的是半导体性质的─一种完美的晶体管材料，其余则属于金属性的导体，是连接晶体管间相当有用的导线。然而要得到正确电子型态的奈米管，「要用一种很大很大不同的方式来处理。」MIT物理与电机工程教授Mildred Dresselhaus这么说，因为把一个金属导电性的奈米管放到应该是用半导体奈米管的地方，将会导致整个芯片的坏损。

所以，虽然研究人员已经能以煞费苦心的方式来建构一个奈米管逻辑电路，但用的方法需要忙碌地一一分别它们的属性，且所有过程实在是相当地冗长乏味，当然也就没办法来承担一颗内含上百万晶体管芯片的生产量，而与目前的计算机芯片竞争。此外，过去想要完全地分离半导体与金属导体奈米管的方法，已经证明无法达到，加拿大蒙特楼大学的化学教授Richard Martel在《自然奈米科技（Nature Nanotechnology）》刊物上写了一篇"a breakthrough in the field."的专论，就认为西北大学研究人员已达到突破性的发展。

刚开始这些研究人员是在一批奈米管上添加了表面活性剂，表面活性剂会闩住在奈米管上，但是不同的奈米管尺寸与电性会因为表面活性剂而集中在不同的排列区域内，并且依次以不同的密度来测量排序。这些有差别密度的奈米管可用大家熟知的超级离心机（ultra-centrifugation）来挑出，材料是投进在极高速度下的离心机去旋转，这种旋转速度通常会高达每分钟64,000转的速率。

接着研究人员发现，密度的改变乃是依照他们所使用的表面活性剂型态而造成，这使得他们试着结合多样的表面活性剂来做实验。结果发现使用恰当的结合方式，可以在不同直径的奈米管间扩大密度的差异性，同时，令人惊讶的是也可以分出不同性质的半导体与金属奈米管。虽然他们还没办法确立精确的使用机制，但研究人员相信必须针对这些半导体与金属性奈米管去做一些不同的标示，使它们成为可知可用的电性。

佛罗里达大学物理教授Andrew Rinzler就说，这个方法的提出，是他到目前为此所看过最好的数据结果，而且所产生的批量用来发展高效能电子组件也相当足够了。事实上，Hersam表示，这个方法产生的半导体与金属性奈米管的批量，可以做到超过99%准确度呢。

当然，这个方法还有潜在提升大规模生产的价值。因为西北大学研究人员只是使用实验室规格的离心机，一天只能分离生产数毫克的奈米管而已。Hersam认为以工业级的离心机来生产制造，应该可以产生10万倍以上的效果。当投入大规模生产时，会同时平行地使用多台离心机来运转，而且可以一天24小时不停地生产，在机器持续运转时，把分离好的产品取出，立刻再加进去新一批的材料。

不过Rinzler与Martel也提醒大家，此一方法的效用如果用在大规模生产，仍然需要做进一步的验证。Martel认为需要将个别的奈米管做测试，看看在处理过程当中是否有受到损伤，不过由于表面活性剂通常不会对这类奈米管材料造成损伤，所以他预期届时应该不会有什么大问题。

实际上，研究人员已经利用此一新技术来开发出真正的产品，且就登在《自然奈米科技》的报告上，Hersam在此发表了利用这个方法制造较为简单的晶体管，所使用的是薄膜网状的奈米碳管半导体，这种晶体管对于控制计算机显示器或平面电视的画素，相当有用。

同时，Martel也使用此分离技术，以良好的网状传导性奈米管，辅助制作出一种透明的薄膜。这些薄膜用在一些显示器上也很有用，可用来替代氧化铟锡做的电极，Martel说用途还很多，例如用来改善有机太阳能电池的效能也很有潜力，因为此类电池就需要用到透明状的电极。

当然，相对于以单一奈米管多晶体管闸来制成一个计算机芯片的终极目标而言，还要多年发展以后才有可能实现，因此研究人员目前仍必须面对许多发展技术上的挑战，才能将上百万晶体管紧密地组合在一起，同时还要用导线连接布满在整个错综复杂的电路上。然而，西北大学毕竟已经以先进的技术把基本的障碍排除掉了，可以说为开发以奈米管为基础的电子组件，踏出了重要的第一步，而研究人员也都觉得非常的兴奋，因为可以据此来进一步推动后续的工作。