- Vårt mål är att kunna visa upp åtminstone en enkel prototypkomponent baserad på kolnanorör om fem år, säger Eleanor Campbell, professor i atomfysik vid Göteborgs universitet, som är en av Sveriges främsta auktoriteter inom kolnanorör.

Eleanor Campbell och hennes forskargrupp håller på att utveckla tillverkningsprocesser för kolnanorören och ska samarbeta med en rad andra forskare i ett tvärvetenskapligt klusterprojekt på Chalmers nya Mikroteknologicentrum, MC2. Genom att samla expertis från flera olika håll hoppas man kunna bygga upp ordentlig kunskap på området.

Enligt MC2s chef och klusterprojektets initiativtagare Olof Engström är kolnanorör en av de främsta kandidaterna att ta vid då den traditionella MOS-baserade tekniken inte kan krympas mer någon gång under nästa decennium.

- Forskningen ser mycket lovande ut och en hel del kunskap har redan samlats på olika håll i världen, säger han.

Flera forskargrupper har exempelvis under det senaste året byggt fungerande fälteffektstransistorer av kolnanorör. I dessa fungerar halvledande kolnanorör som en elektronkanal mellan två metallelektroder. Strömmen kan kopplas på och av genom att spänning tillförs en intilliggande tredje elektrod. Experimenttransistorerna fungerar vid rumstemperatur och har elektriska egenskaper som liknar kiseltransistorernas. Tack vare att de är så små blir kolnanorörstransistorerna dock betydligt energisnålare. Och enligt teoretiska beräkningar kan klockhastigheter i THz-området uppnås.

Dioder och lasrar

Diodfunktion har också nyligen påvisats av ett flertal forskargrupper. Olika typer av kolnanorör, som beroende på sitt utseende uppför sig antingen som metaller eller halvledare, kan kopplas samman och uppföra sig som en likriktande komponent på samma sätt som en normal Schottkydiod. Forskarna anser att kombinationer av nanorör med olika bandgap också kan uppföra sig som ljusemitterande dioder och kanske även som lasrar.

Det är alltså redan idag möjligt att bygga en nanokrets med ledare, omkopplare och minne baserade på kolnanorör. Men de enkla kretsar som hittills har gjorts av kolnanorör har mödosamt satts ihop en i taget med hjälp av avancerade verktyg.

- För att kolnanorören ska kunna utnyttjas inom elektroniken måste de kunna kombineras med vanlig kiselteknik, anser Olof Engström.

Men att kombinera nanorör av kol med kisel är lättare sagt än gjort. Hög temperatur och närvaro av syre förvandlar kolrören till koldioxid. Kopplingen till kisel är därför en av de huvudproblem som ska studeras i MC2s klusterprojekt. Forskare vid Harvard University i USA har dock nyligen demonstrerat ett sätt att koppla kolnanorören till nanoledare av kisel, vilket skulle kunna utgöra grunden för en koppling till konventionellt framställda kretsar.

- Vi måste också lära oss att bättre kontrollera framställningen av kolnanorör så att vi kan förutsäga deras utseende och egenskaper, påpekar Eleanor Campbell.

Nya typer av kretsar

För att se till att kolnanorören hamnar där de är tänkta att hamna har exempelvis en del försök med katalysatorer gjorts. En rad andra metoder som styr kolrörens bildning är dock under utveckling.

Forskningen kring kolnanorör siktar inte endast på utveckling av mindre och bättre versioner av traditionella elektronikkretsar. Kvanteffekter i rören gör att helt nya typer av kretsar skulle kunna ta form så småningom. Kolnanorören har dessutom visat sig vara utmärkta värmeledare, varför de har föreslagits agera värmeavledare i tätpackade kretsar. Tack vare att bindningen mellan kolatomerna är så mycket starkare än bindningarna i metaller kan kolnanorören också transportera enorma mängder ström. Enligt vissa beräkningar kan ett kvadratcentimetertjockt knippe kolnanorör leda cirka en miljard ampere, vilket är nog att förånga både guld och koppar.

Det är dock kolnanorörens elektrooptiska egenskaper som först kommer att finna tillämpningar inom elektronikindustrin. Samsung demonstrerade redan förra året en platt fältemissionsskärm baserad på kolnanorör som är lika ljusstark som ett katodstrålerör men endast drar en tiondel så mycket energi. Prototypskärmen, som helt enkelt består av en tunn film av kolnanorör mellan kontrollelektronik och en fosforbelagd glasskiva, kan bli en lanserbar produkt redan under 2001.

Japanska Ise Electronics har istället utnyttjat kolrörsbaserade kompositmaterial för att skapa lampor,

i sex olika färger, som inte bara är dubbelt så ljusstarka som vanliga glödlampor utan dessutom varar längre och är minst tio gånger så energieffektiva. Lågenergilampor baserade på kolrör håller också på att utvecklas av Eleanor Campbells forskargrupp och företaget Lightlab.

- Vi ansöker just nu om pengar från Nutek för att kunna ta fram en prototyp, berättar hon.

Kolnanorörens elektriska egenskaper utnyttjas faktiskt redan av biltillverkaren General Motors, som sedan en tid tillsätter kolrör till vissa plastkomponenter. Kolrören gör att plasten kan göras elektrisk vid målningen så att färgen fäster bättre.