Формирование и исследование наноструктур с полевым управлением проводимостью канала на основе молекулярных проводников и углеродных нанотрубок

• Автор: Ромашкин, Алексей Валентинович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 144 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПО СОЗДАНИЮ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЕКТРОНИКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОРГАНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
1.1. Одиночные молекулы как активные элементы электроники
1.2. Влияние поверхности диэлектрика на транспорт заряда и параметры полевых транзисторов на основе органических полимерных пленок
1.3. Использование полимерных электретов для формирования элементов памяти на основе органических полевых транзисторов
1.4. Применение органических сегнетоэлектриков для формирования элементов памяти на основе полевых транзисторов
1.5. Наноразмерные контакты для исследования и формирования молекулярных структур
1.5.1. Применение углеродных нанотрубок в качестве электродов для исследования малых групп молекул
1.5.2. Применение углеродных нанотрубок и нанопроводников в качестве канала полевого транзистора для исследования малых групп молекул.
Выводы по главе
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕДЕНИЯ МОЛЕКУЛ В СИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЯХ
2.1. Роль межмолекулярного взаимодействия в сильных электрических ПОЛЯХ в планарных микроэлектродах
2.1.1. Используемые в эксперименте материалы, методики и оборудование
2.1.2. Оценка электрической прочности на основе рассмотрения процессов, предшествующие пробою: модель и эксперимент
2.2. Процессы ориентации молекул в сильных неоднородных электрических
полях
Выводы по главе

ГЛАВА 3. ФОРМИОВАНИЕ МОЛЕКУЛЯРНЫХ ПРОВОДНИКОВ ИЗ МОЛЕКУЛ ПОЛИАНИЛИНА И ЭПОКСИДИАНОВОЙ СМОЛЫ ОДНОВРЕМЕННЫМ ОСАЖДЕНИЕМ УНТ И ПОЛИМЕРА
3.1. Формирование электродов осаждением УНТ из полимерной матрицы
3.2. Квазиодномерные молекулярные транзисторы на основе полианилина и углеродных нанотрубок в качестве электродов
3.2.1. Приготовление раствора ПАНИ в НМЛ и исследование свойств ПАНИ между планарных микроэлектродов
3.2.2. Приготовление и свойства раствора ПАНИ и МСУНТ в НМЛ
3.2.3. Исследование электрофизических свойств ПАНИ и МСУНТ
3.2.4. Формирование молекулярного транзистора с УНТ-электродами
3.2.5. Теоретические предпосылки для формирования и транспорта заряда в молекулярном проводнике молекул полианилина между УНТ-электродами
Выводы по главе
ГЛАВА 4. ЭФФЕКТ УПРАВЛЕНИЯ ПРОВОДИМОСТЬЮ КАНАЛА ИЗ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК, ПОКРЫТЫХ МОЛЕКУЛАМИ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
4.1. Предпосылки для изменения параметров структур УНТ/полимер: молекулярная перестройка смол в сильных электрических полях
4.2. Используемые в эксперименте материалы, методики и оборудование.
4.3. Формирование проводящих структур на основе УНТ, покрытых различными органическими соединениями
4.4. Механизм управления проводимостью канала при взаимодействии органических молекул с УНТ в электрическом поле
4.5. Эффект «памяти» проводимости функционализированных УНТ
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Благодарность
Список использованных сокращений
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность диссертационной работы
В последнее время без разработки новых материалов и применения принципов самоорганизации структур при создании приборов, отвечающих современным требованиям. В свою очередь создание новых материалов и приборов для электроники и других отраслей техники невозможно без контроля на нано-уровне материала и понимания происходящих на этом уровне процессов при создании приборов.
Развитие органической электроники выявило существенные отличия в параметрах проводимости полимерных материалов и в характере ее управления в полевом транзисторе в зависимости от методик формирования слоев, их степени структурированности. Величины подвижности носителей, проводимости, степени управления полем для применяемых материалов при этом могут иметь значительные (до нескольких порядков величины) отличия. Несмотря на то, что большинство элементов органической электроники имеют существенные размеры улучшение их характеристик требует изучения процессов, происходящих в наномасштабе, а переход к созданию наноразмерных элементов на основе малых групп упорядоченных молекул может существенно улучшить основные характеристики. Продемонстрированные результаты указывают на возможность формирования элементов на уровне отдельных молекул, обеспечивающих приемлемые характеристики, в то время как использование традиционных материалов имеет существенно более строгие ограничения на уменьшение размера элементов. Особенно актуальным становится уменьшение размера элементов памяти, формирование которых на основе органических материалов, таких как органические сегнетоэлектрики, может обеспечить как их низкую стоимость, так и малые размеры элементов. Кроме того, развитие сенсорных устройств в аспекте увеличения их селективности и чувствительности также требует изучения процессов на уровне отдельных молекул и их малых групп в приповерхностных слоях.
При формировании устройств молекулярной электроники представляет особый интерес выявление взаимосвязи молекулярной структуры

использовалась пленка пентацена, а в качестве диэлектрика выступали молекулы из класса поликарбамидов (рис. 1.20а), содержащие полярную группу, дипольный момент которой около 4,9 Д. На ВАХ такого устройства (рис. 1.206) был выявлен существенный гистерезис, объясняемый авторами, как изменение поляризации слоя используемого диэлектрика ввиду ориентации полярных групп [36].
-140 -120 „ '100 1 -80 3 -60 § -40 а -20

/" / . -16 V
/л -12 V
_ ... -8 V

,10X1,
Н Тн Н
0 -2 -4 -6 -8-10-12-14 Огат уоИаде {V)
- 4.9 О

-140 _-120 1-100 I -во 3 -во
.5 -40 О -20 О

-20 V

/ -10 V

О -2 -4 -6 -8-10-12-14 Огавп уоЯаде (V)

Рис. 1.20. а) - структурная формула молекулы используемого полиуретана, б) - ВАХ для структур с пленкой, прошедших обработку, в) - и без обработки Следует отметить, что в работе использовались одинаковые слои диэлектрика, но в 1 случае они проходили обработку при 200 °С и полях порядка 105 В/м, а во 2-ом -нет. При этом прошедшие температурную обработку в электрическом поле пленки диэлектрика демонстрировали почти в 2 раза большие токи канала при том же напряжении затвора, что, по-видимому, можно объяснить увеличением структурированности пленок как в отношении ориентации молекул, которая (как ранее указывалось [34]) может приводить к большему гистерезису ВАХ и уменьшению полей необходимых для ориентации полярных групп. В случае же неструктурированной пленки количество полярных групп, способных изменить свое положение в длинной цепи полимера при приложении поля может быть существенно меньше, что и проявляется при сравнении ВАХ. Указанные изменения на ВАХ могут быть вызваны сдвигом порогового напряжения затвора ввиду формирования некоторого встроенного поля в диэлектрике, однако сдвиг такой между 2 типами структур составил ~6 В, что при используемой толщине пленки в 420 нм дает величину поля 1,5-107 В/м, однако полагая согласованную