Плазмохимическое осаждение углеродных нано- и микроструктур для применения в электронике

• Автор: Кривченко, Виктор Александрович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 105 с. : ил.

ГЛАВА I. Обзор литературы. Методики плазмохимического осаждения аллотропных форм углерода.
1.1. Введение.
1.2. Осаждение углеродных пленок из плазмы СВЧ разряда.
1.3. Осаждение углеродных пленок из плазмы ВЧ разряда.
1.4. Осаждение углеродных пленок из плазмы разряда постоянного тока.
1.5. Осаждение углеродных пленок методом горячей нити.
ГЛАВА II. Разработка методики создания центров нуклеации («посева») с использованием комбинированной ВЧ/СВЧ плазмы.
2.1. Введение.
2.2. Экспериментальная установка.
2.3. Исследование морфологии «посева».
ГЛАВА III. Плазмохимический синтез нанокристаллического графита в разряде постоянного тока.
3.1. Введение.
3.2. Экспериментальная установка.
3.3. Исследование механизмов роста нанокристаллического графита на поверхности кремния.
3.3.1.Исследование начальной стадии нуклеации НКГ пленки.
3.3.2.Исследование механизмов зарождения микроребер.
3.3.3.Исследование механизмов роста нитевидных структур в виде нанотрубок и нанолент.
ГЛАВА IV. Исследование свойств пленок нанокристаллического графита.
4.1. Введение.
4.2. Исследование сильноточных автоэмиссионных свойств нанокристаллического графита.
4.3. Суперконденсаторы на основе нанокристаллического графита.
ГЛАВА V. Плазмохимический синтез поликристаллического алмаза в СВЧ разряде.
5.1. Введение.
5.2. Экспериментальная установка.
5.3. Система регистрации оптических эмиссионных спектров СВЧ плазмы.
5.4. Исследование поликристаллических алмазных пленок, легированных бором, методами спектроскопии рамановского рассеяния и спектроскопии оптического поглощения.
5.5 Исследование корреляции между оптическими эмиссионными спектрами СВЧ плазмы и структурными свойствами поликристаллических алмазных пленок, легированных бором.
ВЫВОДЫ.
БЛАГОДАРНОСТИ.
ЛИТЕРАТУРА.

В последнее время углеродные наноматериалы являются объектом пристального изучения со стороны исследователей. Вызвано это тем, что наноструктуры обладают рядом уникальных свойств, связанных с размерными эффектами и лежащих в основе ряда приложений электроники. При этом из всего множества форм углеродных наноразмерных структур можно выделить две наиболее перспективные с точки зрения практического применения - это нанотрубки и графен.
Так, в 1998 году впервые продемонстрировано создание полевого транзистора на основе единичной нанотрубки с полупроводниковой проводимостью [1]. Позже было показано, что на основе нанотрубок могут быть созданы химические сенсоры [2], диоды Шоттки [3], электромеханические переключатели [4], оптоэлектрические преобразователи [5], и даже было продемонстрировано создание радиопередатчика с использованием отдельно взятой нанотрубки [6].
В 2004 году впервые были экспериментально получены отдельные плоскости мультислойного графена [7]. С тех пор было опубликовано множество работ, посвященных разработке различных приложений на основе данного материала. Например, было продемонстрировано создание фотодетекторов [8], биосенсоров [9], использование графена для создания прозрачных электродов в солнечных элементах [10] и т.д.
Однако большинство приложений, основанных на использовании единичных наноразмерных углеродных структур, несмотря на уникальность результатов, не выходят за рамки лабораторий. Связано это с тем, что на сегодня не существует эффективных технологий, позволяющих, с одной стороны, вести массовое производство таких приложений, а с другой -снизить себестоимость продукта до уровня, коррелирующего с покупательской способностью. Поэтому наиболее перспективными направлениями применения углеродных наноструктур с точки зрения

обеспечивается практически всем потоком Jg. Схематически рост нанотрубки показан на рис.ЗЛО(Ь). Разница в величинах потоков, обеспечивающих рост соответствующих наноструктур, отражается в том, что на конечном этапе синтеза (20 минут) характерная высота нанотрубок примерно в 3 раза больше средней высоты микроребер.
Учитывая то, что количество радикалов, достигших открытого конца нанотрубки, пропорционально периметру ее сечения, изменение объема,
занимаемого нанотрубкой можно представить как — ~ СЯ, где Я - внешний
диаметр нанотрубки, а С,- константа. Тогда изменение высоты Я можно с/Я С, т
представить как ■ Такие простые оценки показывают, что скорость
роста нанотрубки будет возрастать с уменьшением ее диаметра.
Диффузией радикалов будет также обеспечиваться и послойный рост нанотрубки. При этом каждый новый слой будет иметь меньшую скорость роста по сравнению с предыдущим. Этим объясняется то, что наблюдаемые в ходе экспериментов нанотрубки на конечной стадии роста обладают переменным внешним диаметром. Максимальный диаметр у основания также указывает на то, что поток радикалов, вызванный градиентом их концентрации, направлен от основания нанотрубки к ее вершине. При этом последняя играет роль «стока».
Как известно, графен обладает рядом уникальный свойств, делающих его перспективным материалом для использования в наноэлектронике [65]. В связи с этим большой интерес вызывают экспериментальные методики его получения. В последнее время наряду с традиционными методиками получения графена (например, механическое шелушение [66]) в мировой литературе активно обсуждаются новые методы, основанные на «вспарывании» (тЫррЬщ) углеродных нанотрубок вдоль их длины [67]. Процесс «вспарывания» может быть вызван следующими факторами.