WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

На правах рукописи

Бобринецкий Иван Иванович

физико-технологические основы создания
функциональных элементов наноэлектроники
на основе квазиодномерных проводников

Специальность 05.27.01 - твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника,
приборы на квантовых эффектах

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Москва – 2010

Работа выполнена в научно-образовательном центре «Зондовая микроскопия и нанотехнология» Московского государственного института электронной техники (технического университета)

Научный консультант:                - доктор физико-математических наук,

профессор,
Неволин Владимир Кириллович

Официальные оппоненты:        

- доктор технических наук, доцент,

Агеев Олег Алексеевич

- доктор физико-математических наук,

ведущий научный сотрудник,

Ильичёв Эдуард Анатольевич

- доктор технических наук, профессор,

Шевяков Василий Иванович        

Ведущая организация:

Учреждение Российской академии наук

Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН

Защита состоится "30" сентября 2010 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        "___" _______________ 2010 года

Ученый секретарь

диссертационного совета:

доктор технических наук, доцент                         Крупкина Т.Ю.

Общая характеристика работы

Актуальность работы

Технологии современной электронной промышленности вплотную подошли к предельным размерам твёрдотельных активных элементов. Дальнейшие перспективы традиционной технологии связаны только с уходом в область нанолитографии, при этом размеры функциональных структур становятся сравнимыми с размерами атомных кластеров. Решение данной задачи приводит разработчиков к совмещению традиционной технологии с новыми методами и материалами.

В последние годы наиболее бурно развивается направление, основанное на создании и использовании в качестве активных элементов электроники квазиодномерных проводников (проводников, диаметр сечения которых составляет несколько нанометров и менее), которые являются следствием уменьшения поперечных размеров структур в традиционной микроэлектронике.

Необходимость разработки и исследования физических принципов и создания технологических основ формирования структур на основе низкоразмерных проводников, всестороннего изучения параметров функционирования, а также усовершенствования методов зондовой микроскопии для исследования объектов наноэлектроники при решении более широкого круга задач определяет актуальность данной диссертационной работы.

Цель работы и задачи

Целью диссертационной работы являлась разработка физико-технологического базиса создания планарных квазиодномерных структур наноэлектроники и способов формирования функциональных устройств на их основе с использованием групповых методов традиционной микроэлектроники.

Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:

  • выполнить анализ и дать классификацию основных типов квазиодномерных проводниковых элементов с точки зрения их функциональных характеристик и электрофизических свойств;
  • предложить и разработать физико-технические основы зондовой технологии формирования планарных квазиодномерных проводников и наноконтактов в тонких металлических и углеродных плёнках;
  • исследовать свойства созданных планарных квазиодномерных проводников и наноконтактов в тонких металлических и углеродных плёнках; исследовать особенности транспорта носителей заряда в квазиодномерных проводниках, созданных при локальном анодном окислении тонких проводящих плёнок;
  • предложить и разработать технологические основы интеграции углеродных нанотрубок в компоненты схем планарной электроники; разработать и усовершенствовать зондовые методы исследования низкоразмерных структур в составе интегральных элементов;
  • разработать конструктивные основы создания изделий наноэлектроники на основе углеродных нанотрубок и их объединений: пучков, сеток, плёнок; исследовать теоретически и экспериментально функциональные свойства созданных планарных наноэлементов;
  • реализовать на практике разработанные подходы при создании групповыми методами микроэлектроники интегральных сенсорных устройств на основе углеродных нанотрубок; выполнить экспериментальное исследование их функциональных характеристик.

Объект и методы исследования

Объектами исследований являлись структуры в виде варисторов, транзисторов и сенсоров на основе квазиодномерных проводников: металлических наноконтактов и углеродных нанотрубок, а также технологические основы их создания.

Основными методами исследования являются: теоретические модели, оценки и расчеты на основе имеющихся справочных данных, разработка экспериментальных образцов, устройств и приборов, проведение экспериментальных исследований. Электрофизические свойства варисторов и транзисторных структур на основе квазиодномерных проводников были изучены методами атомно-силовой и сканирующей туннельной микроскопии (Solver-P47 и NanoEducator, NT-MDT, Россия), методами измерения и анализа статических и динамических электрических характеристик двух- и трёхполюсников (LCAD, Россия; АКТАКОМ, Россия; ИППП-1/5, ОАО «МНИПИ», Республика Беларусь).

Влияние радиационных воздействий на созданные структуры было изучено с помощью оригинального имитационного стенда на основе рентгеновского излучателя РЕИС-И (АОЗТ «Светлана-Рентген», Россия). Газочувствительные свойства структур на основе углеродных нанотрубок были изучены с помощью оригинальных экспериментальных установок и шестнадцатиканального измерителя параметров газовых сенсоров (ОАО «Практик-НЦ», Россия).

Моделирование электростатических взаимодействий зонда атомно-силового микроскопа с поверхностью образца проводилось с использованием метода конечных элементов (ELCUT, ПК «ТОР», Россия).

Научная новизна работы

Научная новизна работы заключается в создании комплекса физико-технологических процедур формирования планарных структур наноэлектроники на основе квазиодномерных проводников различного состава (металлические, углеродные) и геометрии (наносужения, наноконтакты, нанотрубки), демонстрирующих общие механизмы в поведении электрических характеристик.

  1. Предложена и разработана методика формирования планарных квазиодномерных проводников в ультратонких металлических и углеродных плёнках с использованием локального анодного окисления и окисления, индуцированного током. Продемонстрировано влияние напряжения, тока, относительной влажности и подложки на процесс формирования нанопроводников.
  2. Экспериментально подтверждён островковый механизм проводимости в квазиодномерных металлических проводниках, основанный на переброске электронов через отдельные участки наносужения.
  3. Проведено теоретическое и экспериментальное доказательство полевого эффекта в квазиодномерных металлических и углеродных проводниках в стандартных условиях, заключающееся в изменении величины туннельного барьера под действием поперечного электрического поля.
  4. Предложен электрокинетический метод параллельной интеграции нанотрубок в виде одиночных проводников и сеток с использованием различной конфигурации планарных электродов, созданных групповыми методами микроэлектроники, заключающийся в ориентации и движении нанотрубок вдоль градиента линий электрического поля, а также перераспределении потенциала при формировании проводящего канала между электродами.
  5. Предложен комплекс методов сканирующей зондовой микроскопии для исследования углеродных нанотрубок в составе функциональных элементов наноэлектроники, позволяющий проводить неразрушающее топографирование и определение электрических свойств структур.
  6. Установлена зависимость величины потенциального барьера, возникающего в контакте между нанотрубкой и электродом от типа нанотрубок, их количества, внешнего электрического поля и температуры.
  7. Предложены конструкции, разработаны технологические процедуры создания сенсорных структур на основе одиночных углеродных нанотрубок, их пучков, сеток и плёнок. Продемонстрировано различие в газочувствительных свойствах сенсорных структур на основе нанотрубок в присутствии газов акцепторного и донорного типа.
  8. Выявлен селективный отклик в проводимости к парам органических соединений (спиртов) толстоплёночных структур на основе углеродных нанотрубок.

Практическая значимость работы определяется следующими основными результатами:

  • разработанный научный подход на основе физико-технологического базиса позволяет перейти к формированию новых интегральных структур наноэлектроники на основе квазиодномерных проводников с использованием групповых методов микроэлектронной технологии;
  • выявленные закономерности проводимости планарных структур на основе материала углеродных нанотрубок могут быть использованы при дальнейшем развитии теории электронного транспорта в приборах на основе углеродных нанотрубок.

Внедрены следующие результаты:

  1. Разработанные методы формирования тестовых структур на основе однослойных углеродных нанотрубок, а также методики исследования низкоразмерных структур, позволяющие повысить достоверность изображений низкоразмерных объектов, получаемых в зондовой микроскопии (ЗАО «Нанотехнологии-МДТ», ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева», ООО «Холдинг «Золотая формула»»).
  2. Разработанный физико-технологический базис формирования планарных элементов наноэлектроники на основе низкоразмерных проводящих структур использовался при проведении ряда научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, проводимых в МИЭТ, ООО «Наносенсор», а также при подготовке кандидатских диссертаций: «Формирование и электрические свойства планарных элементов на основе металлических и углеродных плёнок наноразмерных толщин» (Булатов А.Н., МИЭТ, 2005 г.), «Атомная структура поверхности и сенсорные свойства углеродных нанотрубок» (Строганов А.А., МИЭТ, 2007 г.), «Молекулярные проводники в матрице эпоксидиановой смолы: формирование, исследование, приложения» (Хартов С.В., МИЭТ, 2008 г.). Практическая значимость данных работ подтверждена соответствующими актами внедрения.
  3. Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс в Московском государственном институте электронной техники (техническом университете). Разработанные автором технологические основы формирования планарных элементов наноэлектроники, а также методики исследования низкоразмерных структур использованы при разработке и модернизации лекционных курсов и лабораторных работ по учебным дисциплинам: «Основы зондовой микроскопии», «Основы зондовой нанотехнологии», «Вопросы современной физики».

Методы, разработанные и исследованные при выполнении работы, соответствуют «Перечню критических технологий РФ» №7 «Нанотехнологии и наноматериалы», №11 «Технологии механотроники и создания микросистемной техники», №12 «Технология мониторинга и прогнозирования состояния атмосферы и гидросферы», №30 «Технологии создания электронной компонентной базы».

Основные научные положения, выносимые на защиту:

  1. Комплекс технологических процедур на основе локального окисления ультратонких металлических плёнок, позволяющий формировать наноразмерный рельеф и низкоразмерные функциональные проводящие структуры. Основу комплекса составляют:

- физический эффект локального окисления и/или разогрева проводящего квазиодномерного проводника протекающим током;

- возможность селективного удаления продуктов реакции при окислении ультратонких углеродных плёнок.

  1. Метод формирования в ультратонких металлических и углеродных плёнках квазиодномерных проводников, обладающих островковым механизмом проводимости. Проведено экспериментальное доказательство переброски электронов через отдельные участки наносужения посредством автоэлектронной эмиссии и продемонстрировано, что ток может быть определён согласно закону Фаулера – Нордгейма. При этом полевое управление проводимостью в канале квазиодномерного проводника определяется изменением величины туннельного барьера между островками.
  2. Результаты комплексного исследования методами сканирующей зондовой микроскопии функциональных характеристик углеродных нанотрубок в составе элементов наноэлектроники, в том числе:

- неразрушающая визуализация нанотрубок в составе функциональных структур при наведении в нанотрубках электрического потенциала в двухпроходном режиме работы атомно-силового микроскопа;

- измерение угла хиральности и определение типа проводимости как отдельных углеродных нанотрубок, так и нанотрубок, находящихся в пучках, с использованием методов сканирующей туннельной микроскопии в стандартных условиях, позволяющие определить электрические свойства нанотрубок в составе функциональных элементов.

  1. Групповые методы формирования планарных интегральных структур на основе углеродных нанотрубок и их композиций, определяющие технологические процедуры создания функциональных структур на основе квазиодномерных проводников и позволяющие исследовать функциональные характеристики элементов наноэлектроники на основе нанотрубок (транзисторов, логических вентилей).
  2. Результаты комплексного исследования функциональных характеристик наноструктур на основе углеродных нанотрубок в зависимости от способа интеграции нанотрубок и факторов окружающей среды:

- показано, что контакт многослойных нанотрубок и сеток однослойных нанотрубок с золотыми электродами имеет омический характер при комнатной температуре, тогда как однослойные нанотрубки формируют контакт барьерного типа;

- продемонстрирована стабильность статических электрических характеристик структур на основе углеродных нанотрубок при их облучении пучками электронов (дозой 106 рад) и нейтронов (дозой 5·1012 нейтрон/см2).

  1. Результаты комплексного исследования функциональных характеристик сенсорных структур на основе углеродных нанотрубок. Показано, что:

- увеличение влажности приводит к уменьшению количества носителей заряда в элементах на основе однослойных нанотрубок; увеличение проводимости структур происходит при формировании дополнительных каналов проводимости при влажности выше 40%;

- взаимодействие молекул газа акцепторного и донорного типа с сенсорной структурой происходит в два этапа: прохождение сквозь слой адсорбата на нанотрубке и физическая сорбция молекул на нанотрубке;

- изменение проводимости плёнок нанотрубок (толщиной несколько десятков нанометров) определяется не только изменением концентрации адсорбируемых газов, но и характерными параметрами массы и энтальпии испарения молекул газа.

Личный вклад автора

Концепция диссертации, формулирование цели и постановка решенных в ней задач отражают творческий вклад автора и его точку зрения на рассматриваемую проблему. Основные результаты диссертации, представленные в разделе «Научная новизна» и вынесенные на защиту, получены лично автором. Результаты исследований, изложенные в главе 2, были получены при активном участии Н.В. Корнеева; результаты, изложенные в главе 3, получены при активном участии А.Н. Булатова; результаты, изложенные в главах 4 и 6, получены при активном участии А.А. Строганова; результаты, изложенные в разделе 2.2.4, получены при активном участии С.В. Хартова. Большинство из полученных экспериментальных результатов, а также теоретические расчёты были обсуждены с проф. В.К. Неволиным. Исследования радиационных эффектов в элементах наноэлектроники были проведены совместно с проф. Д.В. Громовым (Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»). Во всех совместных работах автор участвовал в постановке задач, разработке методик исследования и технологических подходов, написании статей, докладов и патентов, а также представлял результаты исследований на научно-технических конференциях.

Автор глубоко признателен за поддержку и помощь в выполнении исследований вышеотмеченным коллегам, а также сотрудникам НОЦ «Зондовая микроскопия и нанотехнология» МИЭТ.

Апробация работы

Большая часть материалов диссертационной работы была получена при выполнении исследовательских проектов в рамках следующих грантов: Президента РФ для молодых учёных – кандидатов наук № МК-1810.2005.8 и № МК-3132.2007.8; Рособразования ГК № П1534, 01200106723, 01980003510; РФФИ № 08-08-08138-з; Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере № 6486р/9120; Роснауки РФ  № 02.513.11.3081; МКНТ №1.1.100.

Основные результаты исследований, изложенные в диссертации, и ее научные положения докладывались на российских и международных конференциях, семинарах и научных сессиях, форумах: Международная крымская конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (Севастополь, Украина, 2000, 2008); Международная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы твёрдотельной электроники и микроэлектроники» (Таганрог, 2000, 2006); Международная научно-техническая конференция «Электроника и информатика» (Зеленоград, 2000, 2002, 2005); Всероссийская научно-техническая конференция «Микро- и наноэлектроника - 2001» (Звенигород, 2001); Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика» (Москва, 2001, 2002, 2004); «Nano and giga challenges in microelectronics research and opportunities in Russia» symposium and summer school (Moscow, 2002); Всероссийская молодежная конференция по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике (Санкт-Петербург, 2002, 2003); II Всероссийская научно-техническая дистанционная конференция «Электроника» (Москва, 2003); Международная конференция «Химия твёрдого тела и современные микро- и нанотехнологии» (Кисловодск, 2004, 2007, 2008); Международная конференция «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология» (Москва, 2004, 2006); II Russian-Japanese seminar «Perspective technologies, materials and equipments of solid-state electronic components» (Moscow, 2004); I France-Russian Seminar «New achievements in material science» (Nancy, France, 2004); Biennial international workshop «Fullerenes and atomic clusters» (St.-Petersburg, 2005, 2007, 2009); International conference “Micro- and nanoelectronics -2005” ICMNE-2005 (Moscow, Zvenigorod, 2005); XV Российский симпозиум по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел, Черноголовка, 2007; Научная сессия МИФИ-2008 (Москва, 2008); Ninth Internetional Conference on the Science and Application of Nanotubes (Montpellier, France, 2008); Международный форум по нанотехнологиям (Москва, 2008, 2009);. Международная научно-техническая конференция «Микроэлектроника и наноинженерия-2008» (Зеленоград, 2008); International conference «Nanomeeting 2009» (Minsk, 2009); International conference nanobiophysics: fundamental and applied aspects (Kharkov, Ukraine, 2009).

Результаты исследований в области разработки технологической базы формирования углеродных наноструктур для электронной техники были удостоены премии Правительства Российской Федерации 2009 года в области науки и техники для молодых ученых и золотой медали на Международном салоне промышленной собственности «Архимед-2008» (Москва, 2008 г.).

Публикации

Основные результаты исследования, проведенного автором, изложены в 61 опубликованной работе, в том числе 22 статьях в журналах, рекомендованных ВАК России, 32 материалах всероссийских и международных конференций, и 4 патентах РФ на изобретения. Основные положения диссертационного исследования полностью представлены в опубликованных работах.

Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка сокращений, списка использованных источников и приложения. В приложении приведены акты внедрения результатов диссертационной работы. Материал диссертации изложен на 349 страницах, включает 151 рисунок и 12 таблиц. Список литературы содержит 317 источников, включая 63 работы с участием автора.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель работы и основные задачи, определена научная новизна работы и ее практическая значимость. Приводятся основные положения и результаты, выносимые на защиту, перечислены конференции и симпозиумы, на которых были апробированы основные результаты работы и её научные положения.

В первой главе рассмотрена классификация основных типов квазиодномерных проводников, проведен анализ основных методов создания планарных низкоразмерных структур и рассмотрены исторические этапы исследования электрических свойств одномерных проводников.

Низкоразмерные 1D-структуры (квазиодномерные проводники) можно разделить на пять условных типов, в зависимости от материала, и технологических принципов их формирования: металлические нанопровода (наноконтакты), нанотрубки, молекулярные провода, 2D провода (гетероструктуры), полупроводниковые нанопровода.

Исторически первые результаты по формированию квазиодномерных проводников и исследованию их квантовых свойств при комнатной температуре были продемонстрированы независимо группами ученых во главе с Н. Гарсиа (Испания) и В.К. Неволиным (СССР) в 1989 году. Гарсиа наблюдал квантование проводимости в металлических наноконтактах между иглой туннельного микроскопа и подложкой, Неволин проводил аналогичные эксперименты с молекулярными проводниками. Одновременно Р. Ландауер (США) предложил описывать приводимость в квантово-механическом прозрачном проводнике, находящемся между двумя электродами, в модели свободных электронов и ввел термин «кванта проводимости».

В 1991 году группы под руководством С. Иидзима (Япония) и Л.А. Чернозатонского (Россия) независимо обнаружили и исследовали 1D-форму углерода: длинные нанообразования, названные «нанотрубками». Данные структуры состоят из сетки атомов углерода, расположенных в форме гексагонов, и могут рассматриваться как цилиндр, скрученный из планарной графитовой плоскости под произвольным углом (углом хиральности).

Благодаря своим геометрическим, физическим и химическим свойствам квазиодномерные проводники рассматриваются в качестве перспективных материалов в электронике (в составе активных и пассивных компонентов), наносистемной и сенсорной технике, в качестве наполнителей для различного рода композитов. Последующие двадцать лет шёл непрерывный процесс поиска методов и разработки технологий интеграции квазиодномерных проводников в состав компонентов функциональных структур планарной наноэлектроники. Развивались как традиционные методы групповых технологий обработки структур на субмикронном уровне: глубокий ультрафиолет, электронная и ионно-лучевая литография, - так и альтернативные: зондовые методы, методы химического осаждения из газовой фазы.

При переходе к совмещению методов традиционной технологии и процессов формирования нанопроводных элементов возникает ряд ограничений: топологическая совместимость, обеспечение надёжности интеграции нанопроводов со структурами традиционной электроники, определение функциональных характеристик наноструктур в составе рабочих элементов. Стремление решить данные задачи, разработав физико-технологический базис планарных квазиодномерных структур наноэлектроники и способов формирования функциональных устройств посредством интеграции квазиодномерных проводников с использованием групповых методов традиционной микроэлектроники, определило тему диссертационной работы.

Во второй главе представлены результаты разработки физико-технологических основ формирования планарных элементов наноэлектроники в тонких проводящих плёнках.

Рассмотрены ключевые аспекты технологии формирования планарных тонкоплёночных проводящих наноструктур. При переходе от вертикальной технологии формирования металлических наносужений при механическом растяжении или химическом травлении монокристаллического материала и перестройке его атомарной структуры к тонкоплёночной планарной технологии формирования квазиодномерных проводников существенное влияние оказывает качество подложки и методы нанесения плёнок.

При формировании на поверхности оксида кремния титановых плёнок толщиной 10 нм при термическом и импульсно-плазменном нанесении формируются поликристаллические (с шероховатостью поверхности 0,22 нм) и аморфные (шероховатость – 0,12 нм) плёнки соответственно. В данных плёнках возможно получение квазиодномерных проводников, тем не менее, планарное ограничение их размеров не может быть обеспечено традиционными методами литографии. Альтернативными методами обработки материала на нанометровом уровне являются электрохимические методы зондовой литографии. Была разработана модель электрохимического окисления проводящих структур, учитывающая действие переменного тока электронов с проводящего зонда. Электрохимическая реакция для плёнок титана может происходить по формуле:

                       .

В случае учёта изменения электрического поля в растущем диэлектрике закон нарастания толщины окисной плёнки d0 со временем будет иметь следующий вид:

,                (1)

где ,

и - среднее напряжение между зондом и проводящей плёнкой, U* - напряжение начала процесса анодирования, поскольку электрохимическая реакция окисления имеет пороговый характер, I0 – начальный ток через металлическую плёнку без окисла, S - площадь поверхности зонда, с которой осуществляется эмиссия,  - диэлектрическая проницаемость плёнки окисла, – электрохимический эквивалент окисления плёнки, – эффективность тока, затрачиваемая на окисление, – объемная проводимость проводящей плёнки. В соответствии с (1) толщина оксида d0 увеличивается со временем неограниченно. Лимитирующим фактором в данном случае будет являться толщина исходной плёнки металла, максимальное значение которой в работе не превышало 10 нм, и которая определяет максимально возможную толщину оксида d0max. На рис. 1 приведено сравнение зависимостей толщины выступающего над поверхностью оксида металла, полученного при окислении ультратонкой плёнки титана в импульсном режиме с длительностью импульсов от 2 до 10 мс: экспериментальной, рассчитанной в приближении постоянной напряженности электрического поля в оксиде [1] (для напряженности электрического поля 2,8·106В/см) и по формуле (1), - для следующих параметров процесса =1, =4.86·10-5 см3/(А·с), =150, радиус острия кантилевера r=20 нм, =500мкОм·см, U*=2В, U=4В. При этом величина напряженности была вычислена эмпирически. Экспериментальная зависимость нарастания толщины оксида хорошо аппроксимируется с линейным законом, что соответствует выражению (1) для случая малых токов окисления.

Таким образом, определяющими параметрами формирования нанорельефа с заданными размерами на ультратонких плёнках проводящих материалов являются: величина приложенного напряжения и площадь поверхности реакции. Помимо этого, на процесс локального анодного окисления (ЛАО) ультратонких плёнок в атомно-силовом микроскопе (АСМ) влияют как параметры работы самого микроскопа (сила давления зонда, кулоновское притяжение), так и свойства обрабатываемого материала. Электролитом для прохождения реакции анодирования может являться тонкий слой адсорбата на поверхности, толщина которого контролируется общей влажностью в реакционной камере.

Толщина оксида на ультратонких плёнках зависит от основных технологических параметров: времени окисления, амплитуды напряжения между зондом и плёнкой, относительной влажности. Результирующая толщина оксида Al2O3 на рис. 2 согласуется с теоретической толщиной, определяемой соотношением масс и плотностей исходного металла и результирующего оксида, и равна 18 нм для системы Al/Al2O3. При этом роль подложки учитывается, если она также подвержена электрохимическому окислению (в случае GaAs).

Предложена модель зависимости толщины формируемого оксида от влажности с учётом изменения площади области контакта сегмента зонда, смоченного адсорбатом на поверхности и изменения числа электронов, участвующих в процессе окисления, а, следовательно, увеличения начального тока через металлическую плёнку. Тогда выражение для зависимости толщины оксида от относительной влажности x с учётом малых токов окисления будет иметь следующий вид:

,                                (2)

где F - коэффициент, определяющий связь между относительной влажностью и величиной адсорбата на поверхности. Для металлов параметр F0.05 нм в диапазоне влажности от 30% до 70%.

Результатом проведенных исследований явилась разработка технологических основ формирования проводящих наносужений в тонких металлических (Al, Ta, Ti) и углеродных плёнках с использованием методов традиционной микроэлектроники и атомно-силовой литографии. На первой стадии в тонких аморфных плёнках анодно-окисляемых материалов толщиной до 10 нм с использованием оптической или электронной литографии создаётся рисунок с шириной линии менее 1 мкм. Методами локального анодного окисления происходит сужение проводящего канала за счет формирования диэлектрических областей (рис. 3).

Предложена методика локального окисления, индуцированного током (ЛОИТ) в сужении, созданном в процессе ЛАО, и основанная на протекании больших плотностей тока в зазоре диаметром менее 50 нм. Данная схема позволяет проводить равномерный нагрев места окисления, что предотвращает образование дефектов в структуре в результате термоудара. Более того, сам процесс окисления длится несколько миллисекунд, а результат его можно контролировать по изменениям в зависимости тока от напряжения.

Считая, что все выделяющееся тепло идет на нагрев проводящего мостика с наносужением, можно оценить величину температуры Tmax в центре проводника. Для титанового сужения шириной 50 нм и длиной 200 нм при протекающем токе 200 мкА в центре наносужения величина Tmax будет не ниже 400 С. На рис. 4 приведено АСМ–изображение проводящего канала до проведения ЛОИТ, и изменение зависимости тока от напряжения, приложенного к электродам, при прохождении этапов формирования квазиодномерного проводника.

а                                б

Рис. 4. АСМ изображение наносужения в Ti плёнке перед проведением ЛОИТ (а); б - изменение вольтамперной характеристики при формировании наноконтактов: 1- исходная Ti дорожка;  2- после ЛАО; 3, 4-после первого и второго токового воздействия

В работе было предложено провести анализ и сопоставление полученных АСМ данных и сопротивления структур на основе теории Дингла [2] для проволоки, с учётом того, что параметр Фукса равен нулю, то есть отражение от поверхности проводящего канала имеет полностью диффузионный характер. Тогда можно определить точку перехода ультратонких плёнок при ЛАО из сплошного квазиодномерного проводника к островковому проводнику. На рис. 5 приведена зависимость удельного сопротивления от эффективного размера канала, сформированного в титановой плёнке: до величин порядка 20 нм зависимость сопротивления структуры подчиняется правилу Маттисcена [2] для сплошных плёнок. При дальнейшем уменьшении поперечного размера канала образуются островки проводимости.

Таким образом, использование аморфных, либо поликристаллических плёнок, позволяет формировать проводящие каналы, проявляющие эффекты размерности в проводимости, тем не менее, данные эффекты связаны с фононным рассеянием и диффузией на границах.

Основным результатом второй главы является разработка физико–технологических основ формирования квазиодномерных структур с обеспечением качества поверхности проводящего канала при планарной реализации.

В третьей главе представлены результаты применения разработанных физико-технологических основ для формирования планарных элементов электроники на основе квазиодномерных проводников в металлических и углеродных плёнках, а также результаты исследования их электрофизических характеристик.

На рис. 6 приведено изображение корпусированного кремниевого кристалла со сформированным квазиодномерным проводником в титановой плёнке и его вольтамперная характеристика. Наблюдение квантовых свойств квазиодномерных проводников затруднено в виду несовершенства их структуры. Плавность перехода электродов к сужению накладывает ограничение на транспорт носителей заряда через канал из-за отражения баллистических электронов на границах перехода. Качество поверхности квантового провода также оказывает влияние на наблюдение квантовых свойств, особенно при комнатных температурах, когда рассеяние на поверхности вызывает размывание спектра поперечного квантования в проводнике. Дополнительное ограничение на наблюдение квантования проводимости в квазиодномерных проводниках оказывает подложка в виде заключенных в ней поверхностных состояний, размывающих уровни энергии в проводнике. Все вышеперечисленные факторы приводят к появлению дополнительных состояний вблизи спектра квантования энергии носителей заряда, что является причиной размывания дискретных уровней в наносужениях и образованию проводов с «мутной» квантовой проводимостью. Хвосты состояний на дискретных уровнях могут перекрываться, и в результате на вольтамперных характеристиках (ВАХ) затруднено наблюдение квантования проводимости в чистом виде.

а                                б

Рис. 6. Лабораторный образец планарного двухэлектродного элемента на основе титанового квазиодномерного проводника в стандартном СВЧ-корпусе КТ-22 (а), ВАХ и дифференциальная проводимость (увеличенный масштаб) (б)

Предложена модель проводимости металлического квазиодномерного проводника островкового типа, когда провод состоит из островков проводимости, разделенных туннельно прозрачными барьерами. Данная модель справедлива для проводников, формируемых в тонких металлических плёнках, представляющих собой аморфную или поликристаллическую структуру. Проводимость между островками осуществляется за счёт автоэлектронной (холодной) эмиссии и ток может быть определён согласно закону Фаулера – Нордгейма (рис. 7а). Сравнение эмпирических данных с расчётными дают следующие значения для расстояния между островками di и площади эмиссии Si: di=0,37 нм, Si=0,9·10-3 нм2, что соответствует площади эмиссии с единичного атома.

В случае присутствия внешнего поперечного электрического поля, выражение для тока в квазиодномерном проводнике может быть записано в следующем виде:

,        (3)

где Uси, Uз – разность потенциалов между стоком и истоком и потенциал на затворе соответственно, - учитывает факт перераспределения электрического поля затвора в связи с наличием диэлектрического слоя между островковым проводником и затвором, А, В, С – учитывают параметры островкового проводника и не приводятся в явном виде. На рис. 7б приведены расчётные графики зависимости тока от приложенного к структуре напряжения для различных потенциалов на затворе.

а                                б

Рис. 7. Электрические характеристики двухэлектродных (а, 1 –экспериментальная, 2 - расчетная) и трёхэлектродных структур (б) на основе квазиодномерных металлических проводников

Предложена и реализована концепция полевого транзистора на основе квазиодномерных проводников в металлических и углеродных ультратонких плёнках. На основе групповых методов микроэлектроники был реализован технологический маршрут изготовления полевого транзистора (рис. 8а). Возможность формирования электрода для исследования полевого эффекта в проводимости обеспечивалась за счёт высоколегированной кремниевой подложки, либо бокового металлического электрода. Управление поперечным электрическим полем проводимостью квазиодномерного проводника возможно при вытеснении из зоны проводимости уровней энергии поперечного квантования баллистических электронов. Наиболее эффективно это можно сделать для одномодового провода, уровень энергии которого лежит несколько ниже энергий Ферми электродов – берегов.

 

а                                б        

Рис. 8. Топография танталового креста после ЛАО (а) и вольтамперные характеристики квазиодномерного канала с шириной < 30 нм для различных значений потенциала на боковом электроде (б). Токи утечки меньше 1 нА

Механизм полевого управления проводимостью в канале может быть также связан с изменением величины туннельного барьера между островками. Приведенные на рис. 8б вольтамперные характеристики для отрицательных значений потенциала на затворе подтверждают сделанное предположение. Для качественного анализа полевого эффекта можно найти эмпирические коэффициенты в выражении (3) на основе рис. 8б. Тогда для А=0,005 А/В2, B=12 В, С=6 и =0,05 семейство расчётных ВАХ имеет вид (рис. 7б). Таким образом, эффективность управления внешним полем из-за высокой диэлектрической проницаемости диэлектрического слоя даже в условиях островковой проводимости низка и составляет 0,05, что требует приложения высокого потенциала к затвору для наблюдения внешнего управления.

В качестве подтверждения выдвинутых во второй и третьей главах положений был реализован маршрут формирования структур с полевым эффектом на основе тонких углеродных плёнок. Отличительной особенностью углеродных плёнок является образование летучих компонентов при ЛАО, что позволяет создавать идеальные барьерные слои. Тем  не менее, используемые в работе плёнки аморфного углерода являются термически менее стабильными в атмосфере воздуха по сравнению с плёнками металлов, покрытых слоем оксида. Применение низкоразмерных структур, обладающих кристаллическим совершенством, таких как графены и нанотрубки, позволит улучшить параметры стабильности элементов наноэлектроники на основе углерода.

Результатом третьей главы является разработка физико–технологических основ формирования функциональных структур на основе металлических и углеродных квазиодномерных проводников, и результаты исследования их статических электрических характеристик.

Четвёртая глава посвящена разработке и исследованию физико-технологических принципов интеграции углеродных нанотрубок в состав функциональных элементов с использованием групповых методов микроэлектроники, а также развитию методов зондовой микроскопии для визуализации и исследования квазиодномерных проводников в составе функциональных элементов.

Отличительной особенностью углеродных нанотрубок является возможность манипулирования отдельными молекулами при формировании структур на их основе. Методологически выделяются два процесса при интеграции нанотрубок: непосредственный рост нанотрубок в предопределенных точках схемы и манипулирование нанотрубками, созданными a priori. При этом в случае роста нанотрубок преимущество в виде предопределенного положением катализатора центра формирования наноструктур нивелируется ограничением в выборе функциональных параметров получаемых структур и проблемами совмещения с традиционными технологическими процессами. Классификация основных методов позиционирования нанотрубок в составе электронных компонентов приведена на рис. 9. В работе рассматриваются вопросы манипулирования углеродными нанотрубками с использованием механических и электрокинетических методов.

Сила связи между подложкой и нанотрубкой составляет несколько десятков наноньютонов. Аналогичный порядок величины имеют и силы, возникающие между подложкой и зондом кантилевера. Таким образом, варьируя параметры силового взаимодействия между кантилевером и нанотрубками при планарном микромеханическом манипулировании нанотрубок, возможна реализация двух процессов: перерезание и передвижение  макромолекулы. Полученные данные о силах взаимодействия между нанотрубкой и поверхностью позволили разработать методы электрокинетического позиционирования и манипулирования углеродными нанотрубками при формировании интегральных структур наноэлектроники, основанные на возможности поляризации углеродной нанотрубки во внешнем электрическом поле [3]. Предложенные технические решения и конструктивные модели позволяют организовать условия, при которых возможно осаждение нанотрубок из растворов в предопределенных заданным шаблоном участках интегральной схемы. На рис. 10а представлена схема реализованной установки для диэлектрофореза нанотрубок на пластине, содержащей два краевых электрода, соединённых с набором токоведущих шин.

Рис. 9. Основные методы позиционирования углеродных нанотрубок при создании элементов наноэлектроники

Была рассчитана физическая модель и предложена соответствующая топология электродов (рис. 10б, г), позволяющая контролируемо высаживать одиночные нанотрубки (пучки) (рис. 10в) или сетки пучков нанотрубок (рис. 10д). Управление процессом осаждения нанотрубок осуществляется за счёт регулирования параметров диэлектрофореза (частоты и амплитуды приложенного напряжения), а также геометрии электродов. При этом возможно получение одиночной нанотрубки между электродами за счёт самоостановки процесса электрофореза при возникновении токового канала и уменьшении соответственно величины электрофоретической силы в зазоре.

На основе предложенного технологического базиса была разработана конструкция тестовой структуры на основе нанотрубок для оценки радиуса закругления острий кантилеверов, проведены испытания на нескольких типах зондов АСМ: промышленных кантилеверах, сверхострых кантилеверах вискерного типа и зондов, полученных электрохимической заточкой вольфрама. При исследовании в атомно-силовом микроскопе наноразмерных объектов, таких как нанотрубка, возникает ситуация, когда на изображение нанообъекта накладывается изображение острия иглы АСМ. В случае, если размер объекта меньше размера радиуса острия зонда, может происходить полная конволюция острия зонда, и размер острия может быть вычислен на основе изображения полученного нанообъекта. Таким образом, нанотрубки с a priori известными геометрическими размерами могут служить тестовым образцом для определения радиуса закругления острия кантилевера.

а)

Рис. 10. Схема лабораторной установки диэлектрофореза углеродных нанотрубок на пластине (а). Диэлектрофорез углеродных нанотрубок в зазоре  шириной 4 мкм (б – расчёт напряженности поля, в – АСМ-изображение) при приложении разности потенциалов 5В и частоте 100 кГц; в зазоре шириной 16 мкм (г - расчёт напряженности поля, д - АСМ-изображение) (амплитуда – 20 В, частота 100 кГц)

 

Одной из проблем при визуализации углеродных нанотрубок в составе интегральных структур является не только искажение изображения нанотрубок вследствие конволюции острия зонда, но и их физическая модификация в результате силового воздействия кантилевера. Разработанная методика микроскопии индуцированного электрического поля на воздухе позволяет производить визуализацию нанотрубок с минимальным разрушающим воздействием со стороны кантилевера. Методика решает задачу проводника, внесённого в зазор между обкладками конденсатора, и учитывает присутствующий адсорбат на поверхности исследуемой структуры. В этом случае амплитуда резонансных колебаний кантилевера, инициированная переменным электрическим полем с частотой, равной половине резонансной, будет пропорциональна:

,        (4)

где d - совокупная толщина адсорбата между остриём зонда и поверхностью образца, U1 - амплитуда приложенного напряжения между зондом и основанием образца, Z -  расстояние между остриём зонда и поверхностью образца, Cz, Cx,y – ёмкость образца и поверхности соответственно.

При сканировании структуры, содержащей нанотрубки, радиус сечения которых меньше радиуса зонда и меньше шага сканирующего зондового микроскопа, возможна визуализация («засвечивание») в микроскопии электрического поля изображения нанотрубки, тогда как в режиме топографического контраста нанотрубка остаётся, практически, не заметна для иглы АСМ (рис. 11).

В результате разработки физических принципов зондовой нанотехнологии в формировании и исследовании структур на основе углеродных нанотрубок были впервые обнаружены зондовыми методами углеродные нанотрубки, полученные при холодной деструкции графита (рис. 12). Данные нанотрубки могут быть как в виде отдельных волокон, так и виде разветвлённых структур, что связано с расщеплением графита в процессе получения не только на отдельные атомарные плоскости, но и с разрывом С-С связи внутри графена с образованием механических напряжённостей, приводящих к образованию нанотрубок ветвящегося типа.

Методы зондовой микроскопии позволяют определять электрофизические характеристики углеродных нанотрубок. В работе развиты методы сканирующей туннельной микроскопии для определения геометрических параметров (угол хиральности и диаметр) отдельных нанотрубок, находящихся в стандартных условиях (атмосферное давление и состав, комнатная температура) (рис. 13).

а                                б

Рис. 12. АСМ- изображения нанотрубок, полученных методом холодной деструкции графита: одиночная (а) и ветвящаяся нанотрубка (б)

Рис. 13.  Измерение угла хиральности для одиночных нанотрубок

Θ ,

N

W, нм

H, нм

dWH, нм

dN, нм

1.5

8

2,5

0,43

1,04

1,36

2

4

1,8

0,22

0,62

0,63

Таблица 1. Параметры атомарной структуры углеродных нанотрубок

В случае сканирования нанотрубки в туннельном режиме, силы, как было показано ранее, составляют десятки наноньютонов, что приводит к деформации трубочной основы, которая усугубляется за счет давления иглы через адсорбат – «самосжатый» режим туннелирования. В таблице 1 приведены значения, полученные непосредственным измерением ширины и высоты видимой части нанотрубок на подложках, где Θ  - угол хиральности, N – число видимых атомов, W – ширина изображения, H – высота изображения, dWH – диаметр нанотрубки, рассчитанный из эллиптического сечения, полученного при «самосжатом» режиме сканирования, dN – диаметр нанотрубки, рассчитанный исходя из числа атомов. Полученные расчётные результаты согласуются между собой с точностью до 30%, что в условиях размеров наблюдаемых структур составляет менее 0,3 нм.

В пятой главе описаны разработанные конструктивно-технологические основы создания элементов наноэлектроники на основе углеродных нанотрубок. Разработан технологический маршрут изготовления простейшего активного элемента на основе углеродной нанотрубки и пучка нанотрубок, приведены конструктивные варианты реализации схем инверторов, проанализированы физические механизмы, лежащие в основе работы данных устройств.

При реализации технологического маршрута с использованием процессов традиционной технологии необходимо обеспечить надежный интерфейс между углеродной нанотрубкой и токоведущей шиной. В зависимости от условий эксплуатации прибора должны быть обеспечены: либо надёжный омический контакт, либо контакт, реализующий активные функции прибора (Шоттки, туннельный, эмиссионный). Надежность и стабильность в данном случае являются критическими параметрами.

На рисунке 14 приведена схема сечения по топологическим слоям тестового кристалла для исследования основных параметров УНТ в составе электронных схем. Роль управляющего нижнего затвора может выполнять либо высоколегированная подложка, либо сформированный тонкий слой металла под диэлектриком, контакты к нанотрубкам реализованы за счёт тонких металлических (не более 20 нм) или углеродных (до 10 нм) плёнок. На данных структурах были проведены измерения электрических свойств различных нанотрубок: однослойных, двухслойных, многослойных и их пучков.

Отличительной особенностью пучка углеродных нанотрубок является возможность присутствия в нём, как нанотрубок металлического, так и полупроводникового типа. Использование предложенных конструктивных методов повышения качества СТМ–визуализации атомарной структуры углеродных нанотрубок позволило определить электрофизические параметры углеродных нанотрубок в пучке (рис. 15).

Рис. 15. СТМ изображение атомарной структуры нанотрубок в пучке. На вставках: СТС зависимости соответственно нанотрубок 1 и 2

Впервые методами сканирующей туннельной спектроскопии (СТС) в стандартных условиях было продемонстрировано, что углеродные нанотрубки в пучке могут обладать различными электрофизическими свойствами: полупроводниковыми или металлическими. Таким образом, при контакте туннельного зонда с металлической нанотрубкой вид зависимости тока от приложенного напряжения имеет принципиально омический закон с небольшой нелинейностью в области нуля, обусловленной туннельным барьером; при контакте с нанотрубкой полупроводникового типа - нелинейность более существенна, что связано с присутствием запрещенной зоны в энергетическом спектре нанотрубок.

На основе пучка однослойных углеродных нанотрубок реализован макет полевого транзистора (рис. 16). Предложен механизм токового удаления нанотрубок металлического типа, за счет импульсного пропускания больших плотностей тока. Проводимость полученного элемента изменяется на три порядка, при изменении потенциала внешнего поля на затворе от -10 до +10 В, что связано с большой толщиной диэлектрика (рис. 17). Из рис. 17 можно определить пороговое напряжение VПОР  = 2В и при нулевом потенциале на заторе (приводимость G(VЗИ=0В) = 90 нСм) для структуры с длиной канала 2 мкм подвижность может быть рассчитана как = 1800 см2/В·с.

а                                б

Рис. 16. АСМ - изображение макета полевого транзистора на основе пучка ОСНТ (а) и вид его вольтамперных характеристик (б)

Основываясь на полученных данных можно рассчитать функциональные свойства транзистора, например, предельную тактовую частоту, используя традиционное приближение кремниевой технологии для МОП-транзисторов [4]. Тогда для напряжения питания 10 В имеем предельную тактовую частоту:

,

где cн – ёмкость нагрузки (Ф). И для ёмкости нагрузки 0,5 пФ получаем предельную тактовую частоту транзистора на нанотрубке 0,2 ГГц.

Реализация элементарного логического вентиля – инвертора на основе полевого ОСНТ-транзистора с линейной нагрузкой демонстрирует перспективы применения нанотрубок в качестве основных компонентов элементов наноэлектроники (рис. 18). Тем не менее, на данный момент высоки потери на контактном сопротивлении между нанотрубкой и электродом. В случае логического уровня единицы U1вх =2В ни в одном из логических уровней не происходит полного переключения, тем не менее, коэффициент передачи в этом случае максимален для предложенной схемы реализации и равен 0,75. Однако в обоих логических состояниях через элементы текут токи, что увеличивает их потребляемую мощность. При переходе к динамическим исследованиям, несмотря на малую емкость, вносимую непосредственно нанотрубкой, ограничения на частотные характеристики оказывают элементы традиционной разводки.

Основной механизм функционирования приборов в данном конструктивном исполнении основан на формировании барьеров Шоттки между нанотрубкой и материалом электрода. При уменьшении потенциала на затворе Uзи (считаем, что потенциал истока заземлен) барьер Шоттки становится тоньше в области контактов стока и истока. Одновременно происходит поднятие зон в теле нанотрубки. Рассеяние в проводнике выражается в падении напряжения по всей длине трубки. Соответственно при приложении положительного потенциала, смещение энергии Ферми происходит в противоположную сторону, что приводит к запиранию тока через контакты.

Интегральные схемы на основе углеродных нанотрубок могут обладать существенными достоинствами в ряду специальных приложений. Результаты проведённых в диссертационной работе исследований продемонстрировали стабильность характеристик при воздействии облучения электронами с дозой 106 рад и нейтронами 5·1012 нейтрон/см2, что связано с малыми размерами углеродных нанотрубок и стабильностью из кристаллической структуры. Тем не менее, заряды могут накапливаться в приповерхностных слоях диэлектрика, что влияет на полевой эффект и изменяет основные электрические параметры элементов на основе углеродных нанотрубок.

В шестой главе рассмотрены вопросы применения углеродных нанотрубок в составе чувствительных слоёв сенсорных элементов.

Одно из непосредственных преимуществ углеродных нанотрубок как квазиодномерных проводников - возможность организации интерфейса между отдельными молекулярными структурами и схемами обработки информации. Данное свойство позволяет рассматривать нанотрубки в качестве перспективного материала сенсорных систем. В работе реализованы элементы на основе одиночных нанотрубок, их пучков и сеток и исследованы их электрофизические свойства в зависимости от температуры окружающей среды, влажности, а также концентрации различного рода примесей в атмосфере (аммиака, хлора и спиртов).

Проведены комплексные исследования температурных свойств структур на основе одиночных полупроводниковых однослойных нанотрубок, их сеток и многослойных нанотрубок. Сопротивление структур на основе многослойных УНТ и сеток УНТ, лежащих на тонких углеродных электродах, уменьшается на ~25% при увеличении температуры от 25 до 210 С, имеет активационный характер и определяется контактным сопротивлением между нанотрубками и электродами. Сопротивление структур на основе однослойных УНТ полупроводникового типа, лежащих на тонких углеродных электродах, уменьшается на 80 % при увеличении температуры от 25 до 210 С при потенциале затвора 10 В. На рис. 19 приведена зависимость нормированного сопротивления структуры (где R(T) - значение сопротивления при температуре T, R(Tкомн) - при комнатной температуре) от обратной температуры.

Предложена модель транспорта в системе нанотрубка / электроды на основе термоэлектронной эмиссии (эмиссии Шоттки): когда два объекта расположены очень близко друг к другу, высоту барьера можно значительно снизить перекрытием потенциалов сил изображения, благодаря чему сопротивление уменьшается экспоненциально в зависимости от высоты потенциального барьера между проводящими объектами. Если расстояние между нанотрубкой и электродом достаточно мало (доли нм), то энергия активации Ea, может оказаться достаточно малой. При наложении внешнего поля E между нанотрубкой и электродами (эмиссия Шоттки) энергия активации станет еще меньше. Таким образом, эмиссия Шоттки между нанотрубкой и электродом приводит к экспоненциальной зависимости сопротивления от величины, обратной температуре. Это означает омическое поведение в области слабых полей и зависимость вида exp() при больших напряженностях поля.

Рис. 19. Изменение сопротивления структур на основе нанотрубок в зависимости от температуры (для каждой кривой указана расчётная величина энергии активации). Напряжение сток-исток UСИ =30 мВ

Из рис. 19 можно найти, что энергии активации сеток нанотрубок и многослойных нанотрубок близки и составляют соответственно 17 и 21 мэВ, что обусловлено доминированием металлического типа проводимости в данных структурах. Таким образом, как и следовало ожидать, при комнатной температуре наблюдается омическое поведение проводимости в области слабых токов. В случае нанотрубок с преобладающим полупроводниковым типом проводимости (рис. 20, кривые 3, 4) барьер Шоттки оказывается выше и составляет 34 мэВ. В случае полевого эффекта при приложении внешнего электрического поля, возможно увеличение барьера Шоттки почти в 3 раза. Было обнаружено, что сопротивление структур при температуре выше 100 °С слабо зависит от потенциала затвора, что связано с понижением барьера Шоттки в области контакта полупроводниковой УНТ и электрода.

Проведено исследование влияния изменения относительной влажности на электрические свойства структур на основе одиночных однослойных УНТ и их сеток, сформированных различными методами. Показано увеличение сопротивления структур на основе одиночных УНТ полупроводникового типа на 55% при изменении влажности на 20%, что объясняется компенсацией дырочных носителей электронами, внесенными адсорбированными молекулами воды. Чувствительность сопротивления структур на основе сеток однослойных УНТ к изменению влажности меньше, определяется  плотностью сеток и может иметь величину до 0,15% для сеток плотностью 1-5 УНТ на мкм2 (рис. 20) и до 0,01% для сеток плотностью 10-50 УНТ на мкм2 при изменении относительной влажности воздуха на 1%.

а                                б

Рис. 20. а - АСМ изображение участка перехода никелевого электрода (1) в ситалл (2) с высаженными из раствора ПАВ сетками УНТ; б - зависимость изменения сопротивления структуры при ступенчатом изменении относительной влажности

Таким образом, увеличение плотности плёнки нанотрубок приводит к уменьшению чувствительности структуры к изменению относительной влажности. Тем не менее, при относительной влажности более 40% происходит перекомпенсация неосновными носителями заряда структур на основе плотных сеток нанотрубок, связанная с формированием дополнительных каналов проводимости, что приводит к резкому уменьшению сопротивления.

Для проведения комплексных исследований влияния примесных газов в атмосфере воздуха были использованы типы газов, обладающих донорными и акцепторными свойствами по отношению к основным носителям заряда в нанотрубках на воздухе (дыркам). Исследование влияния изменения концентрации аммиака было проведено для структур на основе сеток, сформированных диэлектрофорезом и высаживанием из раствора поверхностно активного вещества (ПАВ) (рис. 20а). Продемонстрировано, что чувствительность структур на основе углеродных нанотрубок определяется методикой высаживания нанотрубок и составляет 0.33% на 1 ppm аммиака при комнатной температуре для структур, высаженных из раствора ПАВ (рис. 21а). Для структур, полученных электрофорезом, обнаружена минимальная чувствительность сопротивления, даже для концентрации 275 ppm.

а                                б

Рис. 21. Зависимость изменения электрических свойств структур на основе нанотрубок: а – при введении NH3 концентрацией 1- 100 ppm; 2- 150 ppm и 3- 275 ppm (стрелка указывает начало введения NH3); б – при введении хлора концентрацией 0,5 ppm

Теоретические оценки Чжао [5] для однослойных нанотрубок показывают, что наиболее энергетически выгодным является расположение адсорбированных атомов Cl и O над атомами С в нанотрубке с энергиями сорбции 6,9 и 4,9 эВ соответственно. Так как хлор обладает большей электроотрицательностью, чем кислород, то он может замещать кислород в местах его присутствия на нанотрубках. Таким образом наблюдается повышение проводимости структур на основе углеродных нанотрубок при введении хлора в атмосферу.

С использованием традиционного кинетического уравнения были вычислены константы адсорбции и десорбции аммиака на поверхности нанотрубок. Из рис. 22 можно видеть, что экспериментальные результаты хорошо согласуются с теорией кинетического процесса адсорбции. Константы адсорбции равны 0,31 и 0,33 мин-1 для температур 25 °C и 100 °C соответственно. Процесс десорбции имеет расхождение с кинетической теорией. Тем не менее, оценки зависимости изменения сопротивления структур после прекращения подачи NH3 дают следующие значения для констант десорбции: 0,03 мин-1 для 25 °C и 0,09 мин-1 для 100 °С. Таким образом, при повышении температуры скорость изменения сопротивления структур при введении газа практически остаётся постоянной, чувствительность незначительно уменьшается, однако происходит более быстрое восстановление исходных параметров сенсорной структуры.

а                                б

Рис. 22. Зависимость изменения сопротивления структур при введении 275 ppm NH3 для различных температур (серый цвет): а - 25 °С и б – 100 °С. Решение кинетических уравнений отдельно для адсорбции и десорбции газа (чёрный цвет)

В работе продемонстрировано, что изменение проводимости структуры с плёнкой нанотрубок при изменении концентрации паров спиртов определяется двумя факторами: поверхностной площадью сенсора при низких концентрациях паров и скоростью диффузии паров вглубь плёнки при насыщении поверхности парами.

Исследование влияния изменения концентрации паров спирта было проведено для структур на основе толстых плёнок УНТ (рис. 23а) и одиночных нанотрубок полупроводникового типа. Проводимость структур на основе плёнок УНТ уменьшается на 30% при изменении концентрации паров спирта на 8 ‰. (рис. 23б). При этом скорость восстановления проводимости структур на основе плёнок углеродных нанотрубок после сорбции паров спирта может возрастать в 25 раз при нагреве структур до 500 C.

В случае сорбции спиртов на поверхности плёнок углеродных нанотрубок можно оценить изменение проводимости структуры с использованием кинетического уравнения адсорбции молекул спиртов на поверхности. Тогда для линейного участка зависимости проводимости сенсорной структуры от времени в парах спиртов (рис. 23б) изменение проводимости будет определяться не только изменением концентрации, но и характерными параметрами массы молекулы спирта m и энтальпии испарения исследуемых молекул газа :

,                (5)

где A – коэффициент, определяющий свойства сорбирующей плёнки (пропорционален диффузионному критерию Нуссельта, и обратно пропорционален поверхностной площади нанотрубок), G1,2 -проводимость структуры до и после изменения концентрации паров спирта в атмосфере на за время . На графике на рис. 23б приведены расчётные зависимости изменения проводимости сенсорных структур от времени (сплошные линии).

Рис. 23. АСМ изображение поверхности плёнок углеродных нанотрубок (а). Изменение проводимости плёнок ОСНТ при введении этанола концентрацией 8 ‰ (график 1) и 2-пропанола концентрацией 15 ‰ (б). Сплошные линии – расчётные зависимости. Напряжение питания – 0,7 В. Потребляемая мощность 0,25 мВт

Таким образом, если в начальный момент изменение проводимости структуры с плёнкой нанотрубок определяется преимущественно сорбцией спиртов на поверхности плёнки и зависит от поверхностной площади сенсора, то, при насыщении поверхности парами, дальнейшее изменение проводимости связано с диффузией паров вглубь плёнки и определяется скоростью диффузии определенных молекул спирта в среде нанотрубок, что позволяет селективно определить тип адсорбированного газа.

Качественно одинаковые зависимости отклика сенсоров на основе плёнок многослойных и однослойных нанотрубок свидетельствуют о преобладании диффузионно-сорбционного механизма изменения проводимости под действием паров спиртов. При этом преобладают физические механизмы изменения проводимости за счет внедрения молекул спирта в области контактов нанотрубка - нанотрубка и нанотрубка - электрод и, как следствие, увеличения расстояния между ними. В данном приближении большее время отклика плёнки ОСНТ при введении этанола, нежели плёнки МСНТ, может быть объяснено более высоким коэффициентом диффузии молекул спирта в плёнке состоящей преимущественно из многослойных нанотрубок.

При введении 8‰ этанола уменьшение проводимости структур на основе одиночных пучков УНТ полупроводникового типа носит экспоненциальный характер с временной константой  = 2,5 мин. Предположительным механизмом чувствительности ОСНТ-транзистора является физическая адсорбция паров спирта. Вариантами реализации данного механизма могут являться: легирование нанотрубок и пучков молекулами спирта, либо изменение потенциала подложки при заполнении зарядовых состояний оксида кремния.

Таким образом, на чувствительность сенсорных структур на основе углеродных нанотрубок к химически активным газам и парам  могут оказывать влияние различные механизмы: сорбция, механическое взаимодействие, перенос электронной плотности и другие. Для одиночных углеродных нанотрубок полупроводникового типа превалирующую роль в чувствительности играет внесение дополнительных энергетических уровней в зонную структуру нанотрубок. Для плотных сеток нанотрубок существенны сорбционные свойства структуры в целом.

Был разработан макет сенсорного устройства (рис. 24) и проведены сравнения его параметров с традиционными сенсорами на основе оксида олова. Сравнительные данные приведены в таблице 2.

  Таблица 2. Сравнение характеристик сенсоров

Лабораторный образец на ОСНТ

Figaro TGS 826 (США)

Диапазон чувствительности по аммиаку

25 – 300 ppm

30 – 300 ppm

Выходной сигнал

~ 15 нА/ppm

500 нА/ppm

Время отклика при комнатной температуре

150 сек.

-

Нагреватель

нет

есть

Потребляемая мощность

3 мВт

15 мВт

Вес

5 г

32 г

Размер

6х6х2 мм

20х20х30 мм

В заключении кратко формулируются основные результаты и выводы, полученные в соответствии с поставленными целью и задачами.

Основные результаты и выводы

  1. Разработаны физико-технологические основы создания планарных квазиодномерных проводников в металлических и углеродных плёнках. С использованием методов, совмещающих локальное анодное окисление и окисление, индуцированное током, продемонстрировано формирование проводящего квазиодномерного канала, окруженного изолирующими областями. При этом, в случае использования углеродных плёнок различной природы продуктами реакции являются летучие компоненты углерода.
  2. В квазиодномерных проводниках, созданных в металлических плёнках, наблюдается переход от сплошного к островковому типу проводимости. Предложенный островковый механизм проводимости на основе переброса электронов через отдельные участки наносужения подтверждается полученными данными микроскопического анализа и измерения электростатических характеристик.
  3. Разработаны конструктивно-технологические процедуры интеграции углеродных нанотрубок в компоненты интегральных схем, позволяющие формировать структуры, содержащие заданное количество квазиодномерных проводников. Предложенные механизмы манипулирования нанотрубками на основе методов зондовой микроскопии и электрокинетического воздействия позволяют формировать структуры с заданными функциональными параметрами в составе интегральных схем с использованием групповых методов микроэлектронной технологии.
  4. Развиты методы сканирующей зондовой микроскопии для визуализации углеродных нанотрубок в стандартных условиях и исследования их электрофизических свойств. Показана возможность неразрушающего контроля углеродных нанотрубок в составе интегральных схем методами зондовой микроскопии. Впервые обнаружены методами атомно-силовой микроскопии углеродные нанотрубки, полученные методом холодной деструкции графита, обладающие различной геометрией (волокна,  ветвящиеся образования).
  5. Разработана конструкция тестовой структуры на основе углеродных нанотрубок для калибровки зондов сканирующих зондовых микроскопов. В качестве апробации конструкции выполнено исследование широкого класса зондов с различным радиусом закругления острия: кремниевых кантилеверов промышленного типа, вискерных зондов и зондов, полученных электрохимической заточкой вольфрама.
  6. Разработаны физико-технологические основы изготовления функциональных элементов электроники на основе углеродных нанотрубок. Проведены исследования основных статических и динамических характеристик данных структур. Экспериментально доказано, что в одном пучке могут находиться нанотрубки, обладающие различным типом проводимости. Предложен и реализован прототип транзистора на основе пучков однослойных нанотрубок с подвижностью основных носителей заряда 1800 см2/В·с. Предложен и реализован метод изменения числа каналов проводимости наноструктур за счет пропускания импульса тока высокой плотности. Предложен и реализован прототип инвертора на основе пучков углеродных нанотрубок с линейной нагрузкой в виде внешнего резистора, с коэффициентом передачи 0,75. Предложен и реализован макет интегрального инвертора с нелинейной нагрузкой на основе транзисторов из сеток пучков ОСНТ.
  7. Продемонстрировано, что статические электрические характеристики функциональных элементов на основе углеродных нанотрубок стабильны при воздействии облучения электронами с дозой 106 рад и нейтронами 5·1012 нейтрон/см2, что связано с малыми сечениями рассеяния углеродных нанотрубок и отсутствием дефектов в их кристаллической решётке.
  8. Продемонстрирована зависимость чувствительности функциональных структур на основе углеродных нанотрубок к факторам окружающей среды (температуре, влажности) от архитектуры сформированных элементов. Увеличение плотности плёнок из нанотрубок приводит к уменьшению их чувствительности к изменениям относительной влажности, что связано с увеличением доли металлической проводимости в сетке.
  9. Процесс адсорбции и десорбции молекул на тонких сетках углеродных нанотрубок и изменение их сопротивления описывается кинетическими уравнениями, что позволяет управлять процессом сорбции молекул на наноструктурах посредством температурного регулирования.
  10. Изменение проводимости структуры с плёнкой нанотрубок при сорбции паров спиртов происходит в два этапа и связано с сорбцией спиртов на поверхности плёнки и с диффузией паров вглубь плёнки и определяется скоростью диффузии молекул спирта в среде нанотрубок. При этом преобладают физические механизмы изменения проводимости за счет внедрения молекул спирта в области контактов нанотрубка - нанотрубка и нанотрубка – электрод.

Цитируемая литература

[1]        Гаврилов С.А., Лемешко С.В., Рощин В.М., Соломатенко Р.Г., Шевяков В.И. Исследование особенностей процесса локального окисления плёнок титана на основе сканирующей зондовой микроскопии // Известия вузов. Электроника. - 2000. - №3. - C. 13–19.

[2]        Гайдуков Ю.П. Электронные свойства вискеров // Успехи физических наук. -1984. - Том 142. - Вып. 4. - С. 571-597.

[3]        Banerjee S., White B.E., Huang L., Rego B.J., O’Brien S., Hermana I.P. Precise positioning of single-walled carbon nanotubes by ac dielectrophoresis // J. Vac. Sci. Technol. B. - 2006. - V. 24. - N. 6. - P. 3173–3178.

[4]        Янсен Й. Курс цифровой электроники: В 4-х томах. Том 1. Основы цифровой электроники иа ИС. - М: Мир. – 1987 г. – 334 с.

[5]        Zhao J., Buldum A., Han J., Lu J.P. Gas molecule adsorption in carbon nanotubes and nanotube bundles // Nanotechnology. - 2002. - Vol. 13. - P. 195–200.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

Статьи в периодических изданиях, включенных в перечень ВАК России:

  1. Бобринецкий И.И. Электрофорез в задачах очистки, сепарирования и интеграции углеродных нанотрубок // Российские нанотехнологии. 2009. - Том 4. - № 1-2. - С. 62–66.
  2. Бобринецкий И.И. Методы параллельной интеграции углеродных нанотрубок  при формировании функциональных устройств микроэлектроники и сенсорной техники // Микроэлектроника. - 2009. - Том 38. - № 5. - С. 353360.
  3. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Горшков К.В., Данькин Д.А. Использование метода диэлектрофореза при формировании интегральных структур на основе углеродных нанотрубок // Нано- и микросистемная техника. - 2009. - № 2. - С. 1013.
  4. Бобринецкий И.И., Лосев В.В. Ёмкостная методика сканирующей зондовой микроскопии в атмосфере воздуха // Известия вузов. Электроника. - 2008. - №.6. - C. 8587.
  5. Бобринецкий И.И., Симунин, М.М. Неволин В.К., Строганов А.А., Горшков К.В. Учебно-исследовательский нанотехнологический комплекс // Российские нанотехнологии. - 2008. - Т. 3. - № 3-4. - С. 173–175.
  6. Бобринецкий И.И., Кукин В.Н. Неволин В.К., Симунин М.М. Исследование углеродного наноматериала методами атомно-силовой и электронной микроскопии // Известия высших учебных заведений. Электроника. - М.: МИЭТ, 2007. - №.4. - C. 36.
  7. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Строганов А.А., Иванова О.М., Крутоверцев С.А. Влияние изменения относительной влажности окружающей среды на транспортные свойства структур на основе углеродных нанотрубок // Нано- и микросистемная техника. - 2007. - №10. - С.2326.
  8. Бобринецкий И.И. Сенсорные свойства структур на основе углеродных нанотрубок // Российские нанотехнологии. - 2007. - Том 2. - № 5-6. - С. 9094.
  9. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Симунин М.М. Влияние сорбции паров спирта на проводимость структур на основе углеродных нанотрубок // Нано- и микросистемная техника. - 2007. - №5. - С. 2933.
  10. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Строганов А.А., Иванова О.М., Крутоверцев С.А. Чувствительность структур на основе сеток из пучков углеродных нанотрубок к изменению концентрации аммиака в атмосфере // Датчики и системы. - 2007. - №9. - С. 2227.
  11. Аксенов А.И., Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Симунин М.М. Температурная зависимость электрического сопротивления структур на основе углеродных нанотрубок в атмосферных условиях // Датчики и системы. - 2006. - №9. - С. 6064.
  12. Аксенов А.И., Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Симунин М.М. Химические сенсоры на основе пучков углеродных нанотрубок для обнаружения низких концентраций молекул хлора в атмосфере // Нано- и микросистемная техника. - 2005. - №12. - С. 1215.
  13. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Хартов С.В., Чаплыгин Ю.А. Модуляция проводимости квазиодномерных молекулярных микропроводников // Письма в ЖТФ. - 2005. - Т. 31. - В.10. - С.6569.
  14. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Чаплыгин Ю.А. Логические ключи на основе пучков однослойных углеродных нанотрубок // Микросистемная техника. - 2004. - № 7. - С.1214.
  15. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Строганов А.А., Чаплыгин Ю.А. Модуляция проводимости пучков однослойных углеродных нанотрубок // Микроэлектроника. - 2004. - Т. 33. - № 5. - С. 356–361.
  16. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Строганов А.А. «Засвечивание» углеродных нанотрубок в атомно-силовом микроскопе // Известия вузов. Электроника. - 2004. - №.3. - C. 8385.
  17. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Петрик В.И., Строганов А.А., Чаплыгин Ю.А. Атомная структура углеродных нанотрубок из углеродной смеси высокой реакционной способности // Письма в ЖТФ. - 2003. - Т.29. - №8. - С.8490.
  18. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Петрик В.И., Чаплыгин Ю.А. Вольтамперные характеристики двухэлектродных элементов с углеродными нанотрубками // Микроэлектроника. - 2003. - Том 32. - № 2. – C. 102104.
  19. Бобринецкий И.И., Неволин В.К. Микромеханика углеродных нанотрубок на подложках // Микросистемная техника. - 2002. - № 4. - C 2021.
  20. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Петрик В.И. Ветвящиеся нанотрубки из углеродной смеси высокой реакционной способности // Известия вузов. Электроника. - 2002. - №.2 - С. 105106.
  21. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Рощин В.М., Снисаренко Э.А. Формирование наноконтактов при локальном оксидировании титановых плёнок // Микросистемная техника. – 2001. - № 11. - С. 42–45.
  22. Бобринецкий И.И., Корнеев Н.В., Неволин В.К. Особенности проводимости планарных металлических наносужений // Известия вузов. Электроника. - 2001. - №.3. - C. 1721.

Публикации в других научных изданиях:

  1. Бобринецкий И.И., Корнеев Н.В., Неволин В.К. Дискретные двухэлектродные планарные элементы наноэлектроники // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии. X международная крымская микроволновая конференция. Материалы конференции. Севастополь. - 2000. - C. 411-412.
  2. Бобринецкий И.И., Корнеев Н.В., Неволин В.К. Создание квантовых проводов методом зондового окисления // Актуальные проблемы твердотельной микроэлектроники. VII международная научно-техническая конференция. Труды конференции. Таганрог. ТРТУ. - 2000. – Ч.2. - С. 3-5.
  3. Бобринецкий И.И., Корнеев Н.В., Неволин В.К. Дифференциальная проводимость планарных нанодиодов // Электроника и информатика – XXI век. III международная научно-техническая конференция. Тезисы докладов. – Москва. 2000. - С. 34.
  4. Bobrinetskii I.I., Korneev N.V., Nevolin V.K. Differential conductance of planar microcontacts formed by a conductive  probe // Physics of Low-Dimensional Structures. 2001. - № 3/4. - P.183-188.
  5. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Рощин В.М. Формирование наноконтактов методом локального анодного окисления в тонких аморфных титановых плёнках // Микро- и наноэлектроника-2001. Всероссийская научно-техническая конференция. Тезисы докладов. Звенигород. – 2001. – Том 2. - Р2-17.
  6. Bobrinetskii I.I., Chaplygin Yu.A., Nevolin V.K., Petrick V.I. Current  voltage characteristics of two-electrode devices with carbon nanotubes // Book of abstract “Nano and Giga Challenges in Microelectronics research and Opportunities in Russia” symposium and summer school. – Moscow, 2002. - Р. 187-188.
  7. Бобринецкий И.И., Строганов А.А. Микромеханика углеродных нанотрубок как элементов наноэлектроники // Тезисы докладов IV международной научно-технической конференции «Электроника и информатика - 2002». - 2002. - С. - 21-22.
  8. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Строганов А.А. Сканирующая туннельная микроскопия углеродных нанотрубок с атомным разрешением // Тезисы докладов IV Всероссийская молодежная конференция по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике. Санкт-Петербург. - 2002. - С. 70.
  9. Бобринецкий И.И, Неволин. В.К. Разработка зондовой нанотехнологии формирования элементов электроники на основе квазиодномерных проводов // Тезисы докладов II всероссийской научно-технической дистанционной конференции «Электроника». - Москва. 2003. - C. 107.
  10. Бобринецкий И.И., Строганов А.А. Атомная структура и электрические свойства пучков однослойных углеродных нанотрубок // Тезисы докладов V Всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике. - Санкт-Петербург. - 2003. C. 89.
  11. Бобринецкий И.И., Строганов А.А. Инвертор с линейной нагрузкой на основе углеродных нанотрубок // Тезисы докладов XI всероссийской межвузовской научно-технической конференции  студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика – 2004». – Москва, 2004.- С. 7.
  12. Bobrinetskii I.I., Aksenov A.I., Chaplygin Yu. A., Nevolin V.K. Fet on carbon nanotubes bundle networks // I France-Russian Seminar. New achievements in material science. Book of abstract. Nancy. France. 2004. – Part III.8. - P. 162.
  13. Bobrinetskii I.I., Chaplygin Yu.A., Nevolin V.K., Stroganov A.A. Carbon nanotubes as a perspective material for microelectronics manufacturing // Proceedings of II Russian-Japanese seminar “Perspective Technologies, Materials and Equipments of Solid-State electronic Components”. - Moscow. 2004. - P.193196.
  14. Бобринецкий И.И., Булатов А.Н., Неволин В.К. Интегральная схема на основе пучков углеродных нанотрубок и квазиодномерного микросужения // Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии. IV международная конференция Кисловодск. -2004.- С. 233236.
  15. Аксенов А.И., Бобринецкий И.И., Неволин В.К. Элементы электроники на основе углеродных нанотрубок // Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология. III международная конференция. Материалы конференции. – Москва. - 2004. – С. 40.
  16. Axenov A.I., Bobrinetskii I.I., Bulatov A.N., Nevolin V.K. Fabrication of carbon nanotube-based devices for different applications in electronics 7th biennial international workshop “Fullerenes and atomic clusters”. Book of abstract. - St.-Petersburg.- 2005.- P. 255.
  17. Axenov A.I., Bobrinetskii I.I., Nevolin V.K., Simunin M.M. Single-wall nanotube transistor sensitivity to chlorine molecule presence in air // International conference “Micro- and nanoelectronics -2005” ICMNE-2005. Book of abstracts. Moscow Zvenigorod, Russia - 2005. – P1-21.
  18. Аксенов А.И., Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Симунин М.М. Температурные датчики на основе полупроводниковых углеродных нанотрубок // Электроника и информатика – 2005. V международная НТК. Тезисы докладов. – Москва. 2005. - С. 5.
  19. Бобринецкий И.И., Булатов А.Н., Неволин В.К. Первые макеты функциональных элементов углеродной наноэлектроники // Нанотехника. - 2006. - №2 (6). - С. 9-13.
  20. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Симунин М.М., Строганов А.А. Хартов С.В. Разработка подходов к массовому производству структур на основе углеродных нанотрубок // Актуальные проблемы твёрдотельной микроэлектроники. Х международная НТК. Труды конференции. Таганрог. ТРТУ. - 2006. – Ч.2. - С. 68.
  21. Бобринецкий И.И., Горшков К.В., Лосев В.В., Строганов А.А. Использование углеродных нанотрубок в тестовых структурах для калибровки зондов атомно-силовых микроскопов // Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология. V международная конференция. Материалы конференции. – Москва. - 2006. – С. 75.
  22. Бобринецкий И.И., Симунин М.М., Неволин В.К. Влияние паров летучих органических соединений на проводимость структур на основе углеродных нанотрубок // Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология. V международная конференция. Материалы конференции.– Москва. - 2006. – С.165.
  23. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Симунин М.М. АСМ – исследование углеродного композита, полученного методом каталитического пиролиза из газовой фазы этанола // XV Российский симпозиум по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел. Тезисы докладов. Черноголовка, 2007. - С. 50-51.
  24. Bobrinetskii I.I., Nevolin V.K., Simunin M.M., Khartov S.V. Carbon nanotube chemical ethanol vapour growth methods for application in electronics and nanomechanics // 8th biennial international workshop “Fullerenes and atomic clusters”. Book of abstract. St.Petersburg.- 2007.- P. 202.
  25. Бобринецкий И.И., Неволин В.К. Разработка методик диэлектрофореза углеродных нанотрубок при формировании элементов электронной техники // Химия твёрдого тела и современные микро- и нанотехнологии. VII международная конференция Кисловодск. -2007.-С.156-158.
  26. Бобринецкий И.И., Горшков К.В., Данькин Д.А. Влияние параметров переменного электрического поля на состав, плотность и ориентацию углеродных нанотрубок при высаживании из растворов методом диэлектрофореза // Научная сессия МИФИ-2008. Сборник научных трудов. Т.8. Автоматика и электроника в атомной технике. Микро- и наноэлектроника. М.: МИФИ, 2008. - С. 108-109.
  27. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Строганов А.А., Синякова В.А. Комплексное решение при реализации нанотехнологических проектов в учебно-исследовательском процессе // Наноиндустрия. - 2008. - №2. - С. 16- 18.
  28. Bobrinetskii I.I., Nevolin V.K., Simunin M.M., Gorshkov K.V. Carbon nanotube investigation and production for electronics and sensor application // Ninth Internetional Conference on the Science and Application of Nanotubes. Book of abstract. Le Corum, Montpellier, France. 2008. - P. 270.
  29. Бобринецкий И.И., Данькин Д.А. Применение методов электрофореза для сепарирования и исследования углеродных нанотрубок // Химия твёрдого тела и современные микро- и нанотехнологии. VIII международная конференция Кисловодск. - 2008. - С.10-11.
  30. Бобринецкий И.И., Громов Д.В., Полевич С.А.,  Неволин В.К. Радиационные эффекты в приборах на основе углеродных нанотрубок // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии. 18-я международная конференция. Материалы конференции. Севастополь. - 2008. - C. 662-663.
  31. Бобринецкий И.И., Горшков К.В., Симунин М.М. Сенсорные элементы на основе углеродных нанотрубок: от дискретных элементов к интегральным структурам // Сборник тезисов докладов участников Международного конкурса научных работ молодых ученых в области нанотехнологий. Международный форум по нанотехнологиям. Москва. -2008. - С.8-9.
  32. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Горшков К.В., Данькин Д.А. Формирование интегральных структур электроники на основе углеродных нанотрубок на пластинах диаметром 76 мм // Микроэлектроника и наноинженерия-2008. Международная научно-техническая конференция: Тезисы докладов. – М.: МИЭТ, 2008. - С. 57-58.
  33. Bobrinetskiy I.I., Nevolin V.K. Carbon nanotubes in electronics and sensor devices // 9th biennial international workshop “Fullerenes and atomic clusters”. Book of abstract. St.Petersburg. - 2009. - P. 233.
  34. Bobrinetskiy I.I., Nevolin V.K. Probe nanotechnology in electronics and nanosystems // Proceedings of the International Conference on physics, chemistry and application of nanostructures. Nanomeeting-2009. Minsk. – 2009. - P. 464466.
  35. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Петухов В.А., Комаров И.А. Разработка высокочувствительных сенсорных устройств на основе углеродных нанотрубок для детектирования биологически опасных газов // Book of absracts. International conference nanobiophysics: fundamental and applied aspects. Kharkov, Ukraine. – 2009. - P. 88.

Патенты РФ:

  1. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Строганов А.А., Чаплыгин Ю.А. Тестовая структура для определения геометрических размеров острия иглы сканирующего зондового микроскопа // Патент РФ на изобретение № 2317940 с приоритетом от 14 марта 2006 г. Патентообладатель МИЭТ.
  2. Хартов С.В., Симунин М.М., Неволин В.К., Бобринецкий И.И. Селективный датчик газов на основе системы осциллирующих нановолокон // Патент РФ на изобретение № 2317940 с приоритетом от 4 августа 2006 г. Патентообладатель МИЭТ.
  3. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Хартов С.В., Чаплыгин Ю.А. Способ формирования планарных молекулярных проводников в полимерной матрице // Патент РФ на изобретение № 2307786 с приоритетом от 2 мая 2006 г. Патентообладатель МИЭТ.
  4. Бобринецкий И.И., Горшков К.В., Неволин В.К. Сенсорная структура на основе квазиодномерных проводников // Патент РФ на изобретение № 2379671 от 23 октября 2008 г. Патентообладатели МИЭТ, ООО «Наносенсор».


Формат 60х84 1/16. Уч. –изд.л        . Тираж _____ экз. Заказ                .

Отпечатано в типографии ИПК МИЭТ.

124498, Москва, МИЭТ.

 






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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.