对于第一次，碳纳米管晶体管优于硅

几十年来，科学家们一直试图利用碳纳米管的独特性能，创建高性能的电子产品，更快或消耗更少的权力-导致更长的电池寿命，更快的无线通信和更快的处理速度，如智能手机和笔记本电脑设备。

但许多挑战阻碍了由碳纳米管制成的高性能晶体管的发展，由碳原子组成的微型圆柱体只有一个原子厚度。因此，他们的表现已经远远落后于半导体，如硅和砷化镓用于计算机芯片和个人电子产品。

现在，这是第一次，–麦迪逊威斯康星大学材料工程师创造了碳纳米管晶体管，超越国家的最先进的硅晶体管。

由Michael Arnold、Padma Gopalan、麦迪逊威斯康星–教授材料科学与工程团队的碳纳米管晶体管的电流，实现了1.9倍的硅晶体管。

Michael Arnold副教授和研究生Gerald Brady，在科学进展论文的主要作者。通过制作碳纳米管晶体管，第一次，超过国家的最先进的硅晶体管，研究人员已经取得了纳米技术的一个巨大的里程碑。

“这一成就一直是纳米技术的梦想，在过去的20年里，”阿诺德说。“制造比硅晶体管好的碳纳米管晶体管是一个巨大的里程碑。这一突破性的碳纳米管晶体管的性能是一个关键的进步，利用碳纳米管的逻辑，高速通信，和其他半导体电子技术。

这种进步铺平了道路，碳纳米管晶体管，以取代硅晶体管，并继续提供的性能增益的计算机产业依赖于和消费者的需求。新的晶体管是特别有前途的无线通信技术，需要大量的电流流过一个相对较小的区域。

作为一个有史以来发现的最好的电导体，碳纳米管长期以来被公认为是下一代晶体管的有前途的材料。

碳纳米管晶体管能够执行快五倍或五次使用较少的能量比硅晶体管，据推断，从单一的纳米测量。纳米管的超小尺寸使得它可以迅速改变一个电流信号，它可能会导致无线通信设备的带宽的大幅提高。

但是，研究人员一直在努力分离纯碳纳米管，这是至关重要的，因为金属纳米管的杂质像铜线一样，破坏他们的半导体性能-就像一个电子设备中的一个短。

威斯康星麦迪逊–团队使用聚合物选择性地解决半导体纳米管，实现超高纯度半导体碳纳米管溶液。

“我们已经确定了具体的条件，你可以摆脱几乎所有的金属纳米管，在那里我们有不到百分之0.01个金属纳米管，”阿诺德说。

纳米管的放置和排列也很难控制。

要制造一个好的晶体管，纳米管需要在正确的顺序排列，只有正确的间距，当在晶圆上组装。2014、UW–麦迪逊研究人员克服了挑战，当他们宣布了一项技术，被称为“浮动蒸发自组装，让他们控制。

纳米管必须与晶体管的金属电极进行良好的电接触。由于聚合物的UW–麦迪逊研究人员使用隔离的半导体纳米管也就像一个碳纳米管与电极之间的绝缘层，团队“烤”的纳米管阵列在真空炉中去除绝缘层。其结果是：良好的电接触到纳米管。

研究人员还开发了一种治疗方法，从纳米管在溶液中处理后，从碳纳米管中去除残留。

“在我们的研究中，我们已经表明，我们可以同时克服所有这些挑战的工作与纳米管，并允许我们创建这些开创性的碳纳米管晶体管，超过硅和砷化镓晶体管，”阿诺德说。

“已经有很多的炒作关于碳纳米管的研究还没有意识到，这种了许多人的观。但我们认为炒作是值得的。”

研究人员为他们的碳纳米管晶体管与一个同样大小的硅晶体管，几何和泄漏电流以使苹果对苹果比较。

他们继续努力调整他们的设备，以配合硅晶体管中使用的几何结构，使每一个新一代变小。工作也正在进行中，开发高性能的射频放大器，可以提高一个手机信号。虽然研究人员已经扩大了他们的对准和沉积过程，以1英寸的1英寸晶圆，他们正在扩大对商业生产的过程。

阿诺德说，这是令人兴奋的最后达到的地步，研究人员可以利用纳米管，以达到在实际技术的性能提升。

“已经有很多的炒作关于碳纳米管的研究还没有意识到，这种了许多人的观点，”阿诺德说。“但我们认为炒作是值得的。它刚刚采取了几十年的工作，为材料科学赶上，并使我们能够有效地利用这些材料；

研究人员通过威斯康星校友研究基金会获得了他们的技术专利。

从国家科学基金会的资助，陆军研究办公室和空军支持他们的工作。

在论文的其他作者包括Harold Evensen，威斯康星大学工程物理教授Gerald Brady，普拉特维尔，威斯康辛麦迪逊–材料科学与工程的研究生，该研究的主要作者，和研究生Austin Way和博士后研究员Nathaniel Safron。