WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

Хартов Станислав Викторович МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ПРОВОДНИКИ В МАТРИЦЕ ЭПОКСИДИАНОВОЙ СМОЛЫ:

ФОРМИРОВАНИЕ, ИССЛЕДОВАНИЕ, ПРИЛОЖЕНИЯ Специальность 05.27.01 – твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва – 2008

Работа выполнена в учебно-научном центре «Зондовая микроскопия и нанотехнология» Московского государственного института электронной техники (технический университет)

Научный консультант:

доктор физико-математических наук, профессор Неволин В.К.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Ильичёв Э.А.

доктор технических наук, профессор Гаврилов С.А.

Ведущая организация: ИРЭ РАН

Защита состоится "_" _ 2008 года в _ часов _ минут на заседании диссертационного совета Д.212.134.01 при Московском государственном институте электронной техники (техническом университете) по адресу:

124498, Москва, Зеленоград, проезд 4806, д.5

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИЭТ Автореферат разослан "_" _ 2008 года

Ученый секретарь диссертационного совета:

доктор технических наук, доцент Крупкина Т.Ю.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы В основе сегодняшних успехов традиционной кремниевой электроники лежат колоссальные усилия, предполагающие миллионы человеко-часов работы и триллионы долларов инвестиций. Однако рассчитывать на то, что технология полувековой давности, уже сегодня испытывающая затруднения в удовлетворении возрастающих требований, будет и в будущем продолжать оставаться основной технологией, вряд ли возможно. На настоящий момент существуют определённые предпосылки к тому, что основой следующего поколения индустрии электроники станет молекулярная электроника (значительную часть актива которой, безусловно, составят достижения традиционной микроэлектронной технологии).

Молекулы являются продуктом процессов самоорганизации.

Сумев применить их в качестве функциональных элементов, можно получить идеальную воспроизводимость последних. Уже сейчас в небольшом реакторе может быть синтезирован один моль молекулярных переключателей, что больше, чем суммарное количество транзисторов, сделанных за всю историю. При этом данные переключатели будут обладать высокой идентичностью, вплоть до полной их неразличимости. Другое преимущество подхода использования молекул в качестве активных элементов заключается в их впечатляющем многообразии и функциональности. Существует чрезвычайно большое количество сложных молекул, и их разнообразные химические и электронные функции открывают много новых возможностей.

Естественно, что решая краеугольные проблемы кремниевой микроэлектроники, молекулярная электроника ставит свои специфические задачи, такие как формирование выводов к молекулам, адресация отдельных молекул, обеспечение сохранения уровня сигнала и др. Однако следует отметить, что последние успехи в области молекулярной электроники, связанные с синтезом новых молекул, применением процессов самоупорядочивания, разработкой новых, адаптированных под молекулярную электронику, архитектур, послужили убедительным ответом на многие замечания скептиков. На рынок стали выходить start-up компании, специализирующиеся в области молекулярной электроники. Пока основное направление деятельности таких компаний заключается в привлечении средств инвесторов для осуществления НИОКР, а также в опережающем оформлении интеллектуальной собственности. Однако есть и такие, которые как, например, компания Nantero, объявили о начале открытого лицензирования разработанной ими технологии. В России в области молекулярной электроники также имеется ряд результатов мирового уровня, и отставание в ещё только формирующейся и акцентированно наукоёмкой области далеко не столь значительно, как в случае традиционной кремниевой электроники.

Задачи, на решение которых направлена настоящая работа, занимают своё место в общей картине работ по молекулярной электронике. Продемонстрированные к настоящему времени молекулярные проводники и активные элементы характеризуются относительно низкой удельной проводимостью, а методы их контролируемого позиционирования только развиваются. В этом контексте результаты проведённого в настоящей работе исследования представляют безусловный интерес. Из вышеизложенного следует, что исследования по данной тематике актуальны, они имеют научное и практическое значение.

Цель работы и основные задачи Целью диссертационной работы являлось установление свойств молекулярных проводников, выявление закономерностей их формирования в матрице эпоксидиановой смолы, исследование приложений структур данного типа в задачах электроники и материаловедения.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

1. Провести численное моделирование молекулы эпоксидиановой смолы.

2. Выявить условия, при которых происходит формирование молекулярного проводника в матрице эпоксидиановой смолы.

3. Исследовать требования к электродам молекулярного проводника и найти подходы к формированию таких электродов.

4. Выявить механизм электронного транспорта в исследуемых молекулярных проводниках.

5. Разработать методы формирования экспериментальных структур, позволяющих исследовать поведение молекулярного проводника в поперечном электрическом поле.

6. Исследовать поведение структур на основе планарных молекулярных проводников в поперечном электрическом поле.

7. Разработать и реализовать концепцию композитного материала на основе молекулярных проводников.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Организация молекулярного проводника в эпоксидиановой матрице происходит при выполнении условий превышения напряжённостью электрического поля критической величины, составляющей порядка 3107 В/м, и достаточной степени локализации электрического поля на оси формируемого проводника.

2. Предложенный метод переключения сопротивления массива параллельных молекулярных проводников, основанный на нагреве приэлектродных слоёв матрицы, обеспечивает понижение количества одновременно переключаемых молекулярных проводников до 3-х и уменьшает деформацию переключаемых молекулярных проводников, что увеличивает точность измерения сопротивления единичного молекулярного проводника в его исходном, недеформированном состоянии.

3. В эпоксидиановой матрице могут быть сформированы молекулярные проводники, обеспечивающие баллистический транспорт электронов на длинах как минимум до 200 нм.

4. Предельный ток единичного молекулярного проводника совпадает с предельным током однослойных углеродных нанотрубок с баллистическим режимом проводимости.

5. Предложенный метод формирования электродов на основе ориентированных углеродных нанотрубок позволяет получать планарные молекулярные проводники.

6. Структуры на основе планарных молекулярных проводников проявляют полевой эффект и эффект переключения сопротивления.

7. Предложенный метод, основанный на формировании молекулярных проводников, позволяет получать композитный материал, обладающий существенной проводимостью при концентрации дисперсной фазы ниже порога перколяции.

8. Формирование молекулярных проводников между частицами дисперсной фазы неперколированного композитного материала позволяет как минимум на 2-3 порядка повысить его проводимость относительно проводимости композитного материала с перколированной дисперсной фазой, характеризующейся как минимум в два раза большей концентрацией.

Диссертационная работа выполнена в учебно-научном центре «Зондовая микроскопия и нанотехнология» Московского государственного института электронной техники (технический университет) в рамках выполнения аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 годы)» по подразделу № 2.1.2 «Проведение фундаментальных исследований в области технических наук», шифр «774-ГБ-53-РНП УНЦ ЗМНТ».

Научная новизна работы В ходе проведенных исследований впервые были получены следующие результаты:

1. Выявлена совокупность ключевых факторов, определяющих формирование молекулярного проводника в матрице эпоксидиановой смолы.

2. Рассчитана величина критического поля формирования молекулярного проводника на основе полученной методом численного моделирования поляризуемости молекулы эпоксидиановой смолы; показано согласие полученной величины критического поля с экспериментальным значением.

3. Предложена методика получения гибридных туннельных зондов для задачи формирования молекулярных проводников, позволяющая объединить преимущества вольфрамовых зондов, приготовленных методом электрохимического травления, и платино-иридиевых зондов, приготовленных механическим методом.

4. Предложена методика переключения сопротивления массива параллельных молекулярных проводников, основанная на нагреве приэлектродных слоёв матрицы проходящим электрическим током высокой плотности.

5. Установлен предельный ток единичного молекулярного проводника и показано, что он совпадает с предельным током однослойных углеродных нанотрубок с баллистическим режимом проводимости.

6. Посредством теплового расчёта, выполненного на основе предельного тока молекулярного проводника, показано отсутствие диссипации энергии в молекулярных проводниках в пределах длин как минимум до 200 нм.

7. Разработана и экспериментально реализована концепция планарных молекулярных проводников в полимерной матрице между электродами на основе ориентированных углеродных нанотрубок.

8. Выявлены полевой эффект и эффект переключения сопротивления в структурах на основе планарных молекулярных проводников.

9. Разработана и экспериментально реализована концепция композитного материала на основе молекулярных проводников.

10. Показано, что формирование молекулярных проводников между частицами дисперсной фазы неперколированного композитного материала позволяет как минимум на 2-3 порядка повысить его проводимость относительно проводимости композитного материала с перколированной дисперсной фазой, характеризующейся как минимум в два раза большей концентрацией.

Достоверность научных положений, результатов и выводов Полученные экспериментальные результаты и разработанные методики подтверждаются известными теоретическими моделями, а также согласуются с результатами опубликованных отечественных и зарубежных работ.

Теоретическая значимость исследования состоит в выявлении закономерностей формирования и электрической проводимости молекулярных проводников в матрице эпоксидиановой смолы.

Основные положения и выводы, содержащиеся в диссертации, могут быть использованы при дальнейшем развитии теории электронного транспорта в квазиодномерных органических проводниках и теории микромеханики и химии молекул в сильно неоднородных электрических полях.

Практическая значимость состоит в том, что полученные результаты могут быть применены для создания элементной базы молекулярной электроники, а также для создания композитных материалов нового типа. Кроме того, результаты исследования могут быть использованы в преподавании курсов «Основы наноэлектроники», «Основы зондовых нанотехнологий» и др.

Личный вклад соискателя. Все результаты представленные в работе, получены соискателем лично, либо в соавторстве при его непосредственном участии.

Апробация работы Материалы диссертации были представлены на следующих конференциях, семинарах и конкурсах научных работ:

XIV всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика–2007» (Москва, 2007);

Всероссийский конкурсный отбор инновационных проектов молодых ученых, аспирантов и студентов “Электроника 2006» (Москва, 2006);

Конференция инновационных проектов «Индустрия наносистем и материалы» (Москва, 2006);

Международная научно-техническая школа-конференеция «Молодые учёные – науке, технологиям и профессиональному образованию в электронике» (Москва, 2006);

XIII всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика–2006» (Москва, 2006);

1-я ежегодная Московско-Баварская студенческая научная школа MB-JASS (Москва, 2006);

Конференция инновационных проектов «Индустрия наносистем и материалы» (Москва, 2005);

VII Международная научно-техническая конференция «Электроника и информатика – 2005» (Москва, 2005);

XII всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика–2005» (Москва, 2005);

Публикации Основные результаты исследования, проведенного соискателем, изложены в 9 печатных источниках, опубликованных в отечественной литературе, включая журнал «Доклады Академии Наук». Кроме того, по теме работы соискателем поданы 2 заявки на патент РФ, а также опубликованы 7 работ и поданы 4 заявки на патент РФ, косвенно относящихся к тематике вынесенных на защиту положений.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка сокращений, списка литературы и приложения. Диссертация изложена на 155 страницах, включает 67 рисунков и 3 таблицы. Список литературы содержит 121 источник.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность и научная новизна работы, сформулированы цель и задачи исследования, основные положения, выносимые на защиту, теоретическая и практическая значимость диссертации.

В первой главе рассматривается состояние вопроса по созданию элементной базы молекулярной электроники. Описаны основные достижения по синтезу и исследованию молекул, претендующих на роль ключевых элементов электроники. На основании приведённых данных сделан вывод о принципиальной возможности переноса электрических и электромеханических функций на одномолекулярный уровень.

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»