Техника - молодёжи 2008-07, страница 8

- ВЕК НАНО

2008 №07 ТМ

Ненужное - зачеркнуть!

Одна из основных проблем, определяющих возможность использования углеродных нанотрубок (УНТ) в наноэлек-тронике, - это проблема их разделения по электрическим характеристикам. Как мы уже упоминали в нашем журнале (№5 за текущий год, с. 3), свойства УНТ определяются ориентацией составляющих их шестиугольных углеродных ячеек относительно продольной оси трубки. В частности, УНТ, в зависимости от этой ориентации, могут иметь как металлические, так и полупроводниковые электрические характеристики.

Так вот, для использования в качестве элементов полевого транзистора пригодны только «полупроводниковые» УНТ; «металлические» вызовут короткое замыкание и разрушение цепи. В настоящее время разработано несколько подходов к селекции нанотрубок. Эти подходы основаны главным образом на проведении химических реакций, скорость которых зависит от электронных свойств нанотрубки.

А недавно исследования, выполненные в Пекинском университете, показали, что селекция может быть произведена, благодаря различному характеру взаимодействия однослойных УНТ разного типа с ультрафиолетовым излучением.

Матрица из высокоупорядоченных однослойных УНТ со средним диаметром 1,2 нм была выращена на сапфировой подложке при температуре 850°С в присутствии катализатора на основе железа в результате пропускания смеси аргона с парами этанола и небольшим количеством паров воды. Её облучали светом электродуговой ксеноновой лампы мощностью 500 Вт, имеющей широкополосный спектр - такие лампы используются в качестве имитатора солнечного излучения. Интенсивность облучения в спектральном диапазоне от 0,18 до 11 мкм составляла около 75 мВт/см².

Наблюдения, выполненные с помощью атомного силового микроскопа, показали, что облучение образцов привело к разрушению части УНТ. При этом оказалось, что в наибольшей степени подвержены разрушению нанотрубки меньшего диаметра (d < 1,3 нм). Эти выводы нашли своё подтверждение в спектрах комбинационного рассеяния образцов, измеренных до и после облучения.

Но главным, с точки зрения перспектив наноэлектроники, является то, что в результате анализа этих спектров был сделан вывод о преимущественном разрушении нанотрубок с металлической проводимостью. Так, воздействие в течение 30 мин. на образец, содержащий 370 УНТ с металлической проводимостью и 327 УНТ с полупроводниковыми свойствами, привело к разрушению 221 металлической нанотрубки (59,7%) и лишь 17 (5,2%) полупроводниковых нанотрубок.

Таким образом, скорость разрушения металлических нанотрубок в 13 раз превосходит этот параметр для полупроводниковых УНТ. Дальнейшая разработка этого принципа может дать надёжный промышленный способ подготовки «элементной базы» для изготовления нано-размерных полевых транзисторов и микросхем на их основе.

Как можно «построить» нанотрубки

В предыдущей заметке говорилось о перспективном способе разделения полученных тем или иным способом углеродных нанотрубок по их электрическим характеристикам и о важности этого процесса для будущего наноэлектроники. А в области создания всевозможных материалов на основе УНТ столь же фундаментальное значение имеет получение УНТ-структур с контролируемой геометрией.

УНТ, упорядоченные в форме колец и петель, сегодня получать уже умеют. Однако до сих пор морфология структур определялась исключительно ориентацией подложки и не зависела от внешних сил, таких как электрическое поле и скорость газового потока. Это существенно ограничивает возможности применения данных методов и многообразие конфигураций, получаемых с их помощью.

Израильскими учёными предложен способ решения этой проблемы. Было замечено, что при росте одностенных углеродных нанотрубок на ориентированной кварцевой подложке происходит образование упорядоченных структур в форме серпантинов (см. рисунок). Отправной точкой процесса является аморфный SiO², предварительно нанесённый на подложку. На начальной стадии рост происходит в направлении газового потока. Далее следует разориентированный участок серпантина, который постепенно становится более упорядоченным и регулярным. Ширина, плотность и периодичность структуры варьируется в широких пределах (ширина от 10 до 300 мкм, длина от 100 до 1000 мкм). Диаметр «закругления» между прямыми сегментами составляет 0,5-8 мкм. Существенное влияние на морфологию структур оказывают скорость и направление газового потока.

Исследование полученных образцов с помощью атомно-силовой и просвечивающей электронной микроскопии, а также рамановской спектроскопии, показало, что диаметр УНТ составляет от 0,8 до 4 нм. Кроме того, установлено, что 90% от общего числа составляют одностенные трубки. Сопротивление полученных серпантинов, определённое с помощью электронной силовой микроскопии, составило 2 МОм для десятимикронного сегмента.

С практической точки зрения, полученная геометрия применима во многих современных устройствах, таких как антенны, радиаторы, коллекторы, нагревательные и охлаждающие элементы, а также в освещении и ирригации. Авторы полагают, что антенны на основе полученных массивов УНТ смогут принимать и передавать электромагнитное излучение в диапазоне порядка 1000 ГГц. Возможно также применение синтезированных структур для создания охлаждающих контуров и чувствительных детекторов в инфракрасной области. Кроме того, петли из УНТ могут служить основой для мономолекулярных источников питания.

На рисунке: серпантины, полученные из УНТ. Расположение параллельных прямых участков совпадает с ориентацией альфа-SiO² (вектор S), который используется в качестве подложки. Рост серпантинов происходит в направлении газового потока (вектор U), перпендикулярно прямым участкам

6