Транзистор на металлической нанотрубке.

Нанотрубка имеет конечные размеры, поэтому уровни, на которых в ней могут находиться электроны, дискретные, и возможность проводимости определяется туннелированием электронов. Перейти могут только на незаполненное состояние. Положением этих состояний можно управлять за счет поля, выделяемого на подложке, и таким образом определять проводимость. Расщепление уровней зависит от размеров нанотрубки. Если нанотрубка размером порядка 1 мкм, то 1..10 мкВ, температура 1..10 К. Если размеры нанотрубки порядка 1..10 нм, то 1..10 мВ, и есть возможность работы при комнатной температуре.

Переключение транзисторов в нанотрубках возможно за пикосекунду, поскольку происходят более быстрые процессы, чем в кремнии. Помимо уменьшения размеров, увеличивается частота. У нанотрубок хорошая теплопроводность, и удельную мощность можно повышать.

Y-образная нанотрубка.

Напряжение на одном из электродов влияет на ток между остальными двумя, таким образом, нанотрубка выполняет функции транзистора.

Дисплеи и осветительные приборы на нанотрубках.

Нанотрубки способны к значительной эмиссии электронов, на 1-2 порядка меньше традиционных эмиттеров (10⁵ – 10⁶ В/м).

Дисплеи на нанотрубках сочетают достоинства ЖК-дисплеев и ЭЛТ экранов.

На катод наносится пленка из нанотрубок, значительная часть которых оказываются перпендикулярны поверхности подложки. Так же делается проводящий алюминиевый анод и сетка, на которую подается напряжение, вызывающее эмиссию (все это происходит в вакууме). На анод наносится люминофор, который светится при бомбардировке электронами. Если расположить сетку достаточно близко (современные технологии позволяют сделать это на 1..10 нм), мы можем формировать изображение управлением напряжением на сетке. Таки образом, мы можем иметь свечение люминофора без ограничения угла обзора, как в ЭЛТ экранах, и управлять излучателем, как в ЖК дисплеях. У них достаточно низкое поле, вызывающее эмиссию, позволяет при десятках вольт вызывать эмиссию.

Свет определяется люминофорами – красным, синим, и зеленым. Красного цвета – Y₂O₃:Eu Зеленый – ZnS:Cu Синий – ZnS:Ag, Cl.

Осветительные приборы – идея та же самая, но есть некоторая борьба – покрыть как можно большую поверхность люминофором, что повлечет большее расстояние и большее напряжение.

Один из изготовленных образцов имел следующие характеристики: 50 мм длины и 42 мм в диаметре; 5,4 кВ напряжение питания, диаметр проволоки 1 мм, изготовленной из железа, алюминия и хрома, работа выхода из нанотрубок составила порядка 5 эВ, что сравнимо с типичными эмиттерами, и коэффициент усиления относительно формулы Фаулера-Норгейма порядка около 23000. Плотность тока на аноде – 0,06 А/см, что дает яркость 10000 кд/м² (сравнимо с современными люминесцентными лампами). Подобная лампа может использоваться для подсветки телевизора.

Достоинства – быстрое включение; потребляет меньше энергии, чем люминесцентные лампы; не содержит паров ртути для разряда.

Недостатки – размеры и мощность ограничены, что для эмиссии нанотрубок необходима определенная величина электрического поля – чем больше размеры, тем большее напряжение для работы такой системы; быстрые электроны ведут к появлению рентгеновского излучения.

Используются гибридные схемы на основе нанотрубок и ЖК-дисплеев.