Атомарная структура поверхности и сенсорные свойства углеродных нанотрубок

• Автор: Строганов, Антон Александрович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 153 с. : ил.

1.1. Основные аллотропные формы углерода

1.2. Новые материалы на основе углерода

1.2.1. Свойства и применение фуллереновых материалов

1.2.2. Углеродные нанотрубки и их свойства

1.3. Исследование нанотрубок с использованием микроскопии высокого разрешения

1.4. Применения углеродных низкоразмерных структур в приборах электроники

1.4.1. Эмиттеры из углеродных нанотрубок

1.4.2. Элементы цифровой электроники на основе нанотрубок

1.5. Применение углеродных нанотрубок в качестве элементов сенсорных систем

1.5.1. Сорбционные химические сенсоры на основе углеродных нанотрубок

1.5.2. Механизмы адсорбции атомов на пучках однослойных углеродных нанотрубок

1.6. Выводы
Глава 2. СКАНИРУЮЩАЯ МИКРОСКОПИЯ ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ
УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУЕОК И ИХ ОБРАЗОВАНИЙ
2.1. Методы визуализации углеродных структур на атомном уровне
2.1.1. Возможности визуализации объектов при помощи СТМ
2.1.2. Визуализация электронной структуры планарных поверхностей
2.1.3. Критические режимы работы прибора и его модификация для повышения стабильности изображения атомной структуры поверхности
2.2. Особенности визуализации углеродных наноструктур в сканирующем туннельном микроскопе
2.2.1. Визуализация углеродных наноструктур созданных в процессе холодной деструкции графита
2.2.2. Муар как сверхструктура графита
2.2.3. Особенности визуализации сту пеньки углеродного слоя высокоориснтнрованного пиролитического графита в сканирующем туннельном микроскопе
2.2.4. Разработка методики изучения активной области транзистора на основе углеродных нанотрубок
2Л. Исследования электрофизических свойств углеродных нанотрубок методами сканирующей туннельной микроскопии
2.3.1. Методика получения атомарного разрешения на объектах, высота которых сравнима с латеральными размерами
2.3.2. Исследование отдельных углеродных нанотрубок в СТМ
2.3.3. Исследование хиральности для различных материалов углеродных нанотрубок
2.3.4. Атомная структура пучков углеродных нанотрубок
2.4. Использование углеродных нанотрубок для оценки параметров поверхности зондов сканирующих зондовых микроскопов
2.4.1. Особенности визуализации нанотрубок кантилеверами с алмазолодобным углеродным покрытием
2.4.2. Визуализация нанотрубок вольфрамовыми зондами ЛСМ с пьезоэлектрическим преобразователем
2.4.3. Модель взаимодействие острия СТМ зонда с поверхностью углеродной нанотрубки
2.5. Выводы
Глава 3. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНА ОСНОВЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК И ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УСЛОВИЙ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ А ИХ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
3.1. Разработка методик высаживании нанотрубок на поверхности подложек с заданной плотностью
3.1.1. Высаживание углеродных нанотрубок из спиртовых растворов
3.1.2. Высаживание углеродных нанотрубок из раствора поверхностноактивного вещества
3.1.3. Высаживание углеродных нанотрубок с использованием электрофореза
3.2. Факторы окружающей среды, воздействующие на датчики
3.2.1. Влияние температу ры на электрические свойства структу р на основе углеродных нанотрубок
3.2.1.1. Структуры на основе многослойных углеродных нанотрубок
3.2.1.2. Структуры на основе сеток однослойных углеродных нанотрубок
3.2.1.3. Структуры на основе нанотрубок полупроводникового типа
3.2.2. Изменение электрических характеристик структур на основе углеродных нанотрубок при контролируемом изменении влажности воздуха
3.2.2.1. Описание измерительной установки
3.2.2.2. Исследование транспортных свойств пучка ОСУНТ
3.2.2.3. Особенности транспортных свойств структур на основе сеток углеродных нанотрубок, высаженных из ПАВ и методом электрофореза
3.3. Разработка сенсорных структур на основе углеродных нанотрубок и исследование их характеристик в различных химически активных средах
3.3.1. Чувствительность структур на основе сеток пучков углеродных нанотрубок к изменению концентрации аммиака в атмосфере
3.3.1.1. Особенности разработки сенсорных структур на основе сеток углеродных нанотрубок при высаживании из ПАВ и спирта
3.3.1.2. Измерительная система чувствительности сенсоров к концентрациям аммиака от до 0
3.3.1.3. Исследование особенностей чувствительности структур на основе нанотрубок к изменению концентрации аммиака в атмосфере
3.3.1.4. Механизмы чувствительности структур к изменению концентрации аммиака в атмосфере
3.3.2. Электрические характеристики структур на основе углеродных нанотрубок в атмосфере паров спиртов
3.3.2.1. Разработка измерительной системы
3.3 Чувствительность структур на основе углеродных пленок к изменению концентрации паров этанола и 2пропанола
3.3 Особенности проводимости канала ОСНТтранзистора в парах 2пропанола
3.3.2.4. Механизмы изменения проводимости
3.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БЛАГОДАРНОСТИ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Девятая международная научнотехническая конференция Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники ПЭМ. Таганрог. Шя Научнопрактическая конференция Нанотехнологии производству . Фрязино . Девятая международная научнотехническая конференция Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники. Таганрог. Всероссийский молоджный научноинновационный конкурсконференция Электроника. III специализированная выставка нанотехнологий и материалов X. Московском международном салоне промышленной собственности Архимсд. XIV всероссийская межвузовская научнотехническая конференция студентов и аспирантов Микроэлектроника и информатика . Москва, . Основные результаты исследования, проведенного соискателем, изложены в печатных источниках, опубликованных в отечественной и зарубежной литературе. Также соискателем опубликовано в соавторстве работ, косвенно относящихся к тематике вынесенных на защиту положений. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка сокращений, списка литературы и приложения. В первой главе представлен обзор основных возможных форм углерода раздел 1. В разделе 1. Отдельно рассмотрены основные направления применения углеродных нанотрубок в задачах электроники раздел 1. Во второй главе рассмотрены вопросы, связанные с визуализацией углеродных наноструктур с использованием сканирующих зондовых микроскопов в атмосфере воздуха. На примере структур высокоориентированного пиролитического графита показаны особенности сканирующей туннельной микроскопии высокого разрешения на воздухе, а также усовершенствована конструкция промышленного зондового микроскопа для повышения надежности и достоверности получаемых результатов раздел 2. Выявлены основные артефакгы, возникающие при исследовании углеродных наноструктур с атомарным разрешением чешуйки графита, муар, атомарная ступенька раздел 2. Также был предложен алгоритм, реализующий сканирующую туннельную микроскопию на интегральных структурах наноэлсктроники. В разделе 2. СТМ изображения. В качестве практического приложения предложено использование углеродных нанотрубок в качестве тестовых структур для сканирующих зондовых микроскопов и приведены результаты по исследованию на данных структурах специфических острий кремниевых игл с
ОЬС наконечниками, электрохимически заточенных зондов раздел 2. В разделе приведены основные методы расчета взаимодействия иглы туннельного микроскопа и нанотрубки, лежащей на подложке. В третьей главе представлены результаты по разработке структур на основе углеродных нанотрубок и исследованию их электрических свойств для различных параметров окружающей среды. Была разработана методика высаживания углеродных нанотрубок с заданной плотностью и ориентацией на различных подложках раздел 3. Разработана измерительная система и выявлены закономерности в зависимости электрофизических свойств углеродных нанотрубок от температуры и влажности раздел 3. При этом исследования были проведены для различного типа структур, созданных на основе углеродных нанотрубок пленок, сеток, транзисторов. Основные результаты по сенсорным свойствам структур на основе углеродных нанотрубок представлены в разделе 3. Была исследована чувствительность к таким газам, как аммиак и спирт. При этом анализируются основные механизмыдчувствительности структу р, а также влияние методики формирования структур на сенсорные свойства. В заключении представлены основные результаты и выводы данной работы. Приведен список публикаций автора по теме диссертационной работы. Приложение содержит акты об использовании результатов диссертационной работы, копии патента и дипломов лауреата конкурсов правительства Москвы и международной программы образования в области точных наук, ого Московского международного салона промышленной собственности Архимед, конкурса Лучший молодой специалист года в области науки и техники, конкурса молодежных инновационных предпринимательских проектов День науки Зеленограда. Диссертация изложена на 2 страницах, включает рисунков и 2 таблиц. Список литературы содержит 3 источника.