Формирование и исследование электрофизических свойств планарных структур на основе углеродных нанотрубок

• Автор: Бобринецкий, Иван Иванович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 149 с. : ил.

Оглавление.
Введение.
Глава 1. Состояние вопроса по созданию планарных квантовых проводников на основе углеродных нанотрубок и квазиодномерных структур.

1.1. Основные направления в нанотехнологии планарных

одномерных проводников

1.2. Развитие методов создания квантоворазмерных наноконтактов

на основе локального окисления, индуцированного током.

1.3. Основные параметры, характеризующие свойства нанотрубок.

1.3.1. Структура графита.

1.3.2. Угол хиральности и диаметр нанотрубок.

1.3.3. Электронная структура нанотрубок

1.4. Методы получения углеродных наноструктур.
1.4.1. Термическое разложение графита в дуговом разряде
1.4.2. Химическое осаждение из газовой фазы
1.4.3. Метод лазерного испарения.
1.4.4. Холодная деструкция графита.
1.5. Исследование нанотрубок с использованием микроскопии
высокого разрешения.
1.6. Электрические свойства нанотрубок.
Выводы по гл.
Глава 2. Разработка методик создания образцов наноструктур на
основе нанотрубок и их контроля в атомносиловом микроскопе
2.1. Сравнение методов высаживания нанотрубок, полученных
в различных технологических процессах.
2.2. Разработка режима наблюдения различного типа
нанотрубок на подложках
2.2.1. Выбор параметров работы микроскопа и типа кантилеверов
2.2.2. Деформация нанотрубок на подложках
2.2.3. Влияние взаимодействия иглы АСМ с нанотрубкой на
размеры наблюдаемых нанообъектов.
2.3. Манипулирование и модификация нанотрубок
с использованием атомносилового микроскопа
2.4. Развитие бесконтактной емкостной микроскопии для исследования проводящих нанообъектов на диэлектрических подложках
2.4.1. Моделирование микроскопии индуцированного
электрического поля в приближении точечного потенциала.
2.4.2. Апробация методики на тестовых проводящих и
диэлектрических объектах.
2.4.3. Применение микроскопии индуцированного электрического поля для неразрушающего контроля нанотрубок в электрических схемах.
2.5. Нанотрубки с разветвленной структурой
Выводы по главе 2.
Глава З.Разработка тестового кристалла и исследование
проводимости углеродных нанотрубок.
3.1 Технологический маршрут формирования кристалла.
3.2. Схемы измерения электрических свойств нанотрубок
3.3. Электрические характеристики структур на основе нанотрубок
3.3.1. Измерение проводимости при комнатной температуре
в малых и средних полях
3.3.2. Исследование нолевого эффекта.
3.4 Анализ механизмов проводимости структур на основе нанотрубок
3.4.1. Квантовый транспорт в двумерной графитовой системе.
3.4.2. Формирование контакта между металлом и нанотрубкой.
3.4.3. Изгиб нанотрубок на контактах
3.4.4. Одномодовый транспорт в полевом траюисторе с барьером
Шотгки на основе углеродных нанотрубок
Выводы по главе
0 Глава 4. Формирование функциональных элементов наноэлектроники
на основе сеток пучков однослойных углеродных нанотрубок и исследование их основных параметров
4.1. Модуляция проводимости структур на основе пучков
однослойных углеродных нанотрубок.
4.1.1. Особенности проводимости пучков однослойных
углеродных нанотрубок.
4.1.2. Формирование полупроводникового канала проводимости в пучках
ф 4.1.3. Параметры макета транзистора на основе пучка нанотрубок с
преобладающим полупроводниковым каналом проводимости.
4.2. Логические ключи на основе сеток пучков однослойных
углеродных нанотрубок.
4.2.1. Реализация инвертора с линейной нагрузкой на основе
внешнего резистора
4.2.2. Реализация инвертора с нелинейной нагрузкой на основе двух интегрировашьх ОСНТ транзисторов ртипа.
4.3. Разработка методов улучшения и стабилизации контакта
нанотрубка металл.
4.3.1. Токовая активация миграции атомов в интерфейсной
ф фазе золото нанотрубка.
4.3.2. Формирование углеродных контактов в качестве
токоподводящих электродов.
4.3.3. Выбор диэлектрического покрытия структур на основе
пучков углеродных нанотрубок
Выводы по главе 4.
Заключение
Благодарность.
Список использованных сокращений
Список литературы


Практическая значимость исследования состоит в том, что полученные результаты могут быть применены в процессе создания новой элементной базы ианоэлектроники. Кроме того, результаты исследования могут быть использованы в преподавании курсов Основы зондовой микроскопии и Основы зондовых нанотехнологий. Предложенная модель взаимодействия углеродной нанотрубки с зондом кантилсвера позволяет повысить достоверность деконволюции формы острия зонда. Разработанная методика микроскопии индуцированного электрического поля позволяет проводить неразрушающий контроль физических свойств структур на основе углеродных нанотрубок. Предложенные обоснования переноса заряда в низкоразмерных структурах качественно подтверждают полученные в работе экспериментальные закономерности электрических характеристик структур на основе углеродных нанотрубок. Реализованные элементы на основе сеток пучков углеродных нанотрубок ртипа проводимости могут выполнять функции инвертора напряжения. XI 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, четырех глав, заключения, списка сокращений, списка литературы и приложения. В первой главе представлен обзор основных направлений нанопроводной электроники раздел 1. В разделе 1. Металлические нанопровода, явились историческими предшественниками нанотрубок и позволили создать большую экспериментальную и теоретическую базу, развитую в дальнейшем на углеродные нанотрубки. В разделе 1. Особое внимание уделено методам получения нанотрубок раздел 1. Технология получения определяет не только качество и характер полученного материала, но и является определяющим фактором перспективности использования нанотрубок в электронике. Так как нанотрубки являются низкоразмерными структурами, требующими применения сложного исследовательского оборудования, то раздел 1. В отдельный раздел вынесено рассмотрение электрических свойств нанотрубок и методов исследования проводимости, описанных в литературе раздел 1. Во второй главе описывается разработка методик визуализации и механической модификации углеродных нанотрубок в атомносиловом микроскопе. В разделе 2. Раздел 2. Подробно рассматриваются причины, вызывающие изменение поперечных размеров при исследовании нанотрубок, нанесенных на подложки. Качественно описана механическая деформация на подложках, вызванная вандерваальсовыми силами притяжения. Там же дается взгляд на визуализацию нанометровых объектов при помощи зонда атомносилового микроскопа АСМ конволюция изображений иглаобразец. Изображение нанотрубки использовано для восстановления радиуса закругления острия кантилсвера. В разделе 2. АСМ. Показано, что метод АСМ модификации может быть использован при создании устройств на основе углеродных нанотрубок. Однако передвижение нанотрубок зондом микроскопа может являться и неблагоприятным фактором при контроле действующих элементов на основе нанотрубок в контактном или полуконтактном режиме. Было предложено усовершенствование методики бесконтактной емкостной микроскопии на основе эффекта индуцированного поля при исследовании нанообъектов, в условиях, когда реализация непосредственного контакта к ним не возможна, либо нежелательна. В третьей главе представлены результаты исследования электрических свойств структур с нанотрубками. В разделе 3. Далее раздел 3. В разделе 3. Раздел 3. Приведена качественная модель, описывающая эффект полевого управления проводимостью нанотрубок в структурах с барьером Шоттки. В четвертой главе описан процесс создания и измерения электрических характеристик макетов устройств на основе пучков углеродных нанотрубок. Реализация транзистора с использованием пучка нанотрубок, состоящего из нескольких десятков ОСНТ раздел 4. Сетки нанотрубок позволяют формировать более сложные интегральные структуры. В разделе 4.