1.2.7.2. Характеристики углеродных нанотрубок и требования для их применения в полупроводниковых приборах

На современном этапе исследований возможны два применения углеродных нанотрубок в полупроводниковых приборах. Одно из них состоит в использовании углеродных нанотрубок в качестве канала затвора в полевых транзисторах, учитывая, что характеристики, подобные характеристикам полупроводника, могут быть получены путем контроля вектора хиральности. Другое применение заключается в использовании углеродных нанотрубок в качестве межслойных контактов или многослойных пленок, принимая во внимание такие преимущества нанотрубок, как высокая плотность электрического тока, высокая электропроводность, высокая теплопроводность и высокое аспектное отношение. В таблице 3 приведены характеристики УНТ в сравнении с обычными материалами. Как видно из этой таблицы, плотность тока в нанотрубке выше, чем в кремнии и меди примерно в 2 раза. Также подвижность выше, чем в кремнии. Ввиду того, что теплопроводность углеродной нанотрубки в 10-20 раз выше, чем у кремния и меди и ее упругость очень высока, можно говорить о том, что углеродная нанотрубка является наилучшим материалом для межслойных контактов.

Табл. 3.

	Углеродные нанотрубки	Кремний (транзистор)	Медь (разводка)
Плотность тока (А/см2)	1 х 109	1 х 107	1 х 107
Скорость переноса электронов (см/с)	2т8хЮ9	1 х 107
Удельное сопротив-ление (Ом х см)		4 х 10~4 2х 106	1,67 х 10"6
Тепропроводность (Вт/мК)	3000 Ч- 5500	150	398
Технология процесса	Самоорганизация	Литография	Литография

На рис. 16 приведена зависимость ширины щели полупроводящих нанотрубок от их наружного диаметра. Только одностенная углеродная нанотрубка демонстрирует характеристики, похожие на характеристики полупроводника. Можно видеть, что одностенная УНТ может иметь разную ширину запрещенной зоны: 1,5 эВ, как у арсенида галлия, приблизительно 1 эВ, как у кремния или 0,7эВ, как у германия, в зависимости от различий в диаметре. Однако, из вышеприведенных значений становится ясно, что ширина запрещенной зоны изменяется уже при возрастании диаметра нанотрубки всего на 0,1 нм, что вызывает необходимость жесткого контроля диаметра одностенной углеродной нанотрубки с точностью приблизительно 0,1 нм для того, чтобы получить желаемую ширину запрещенной зоны. Следует отметить, что большое внимание должно уделяться не только контролю числа стенок нанотрубки и наружного диаметра. Имеется и множество других параметров: типа хиральности, длины, направления, положения роста и других параметров, контролирующих характеристики углеродных нанотрубок. Поэтому для того, чтобы УНТ можно было применять в технологии полупроводников, необходимо тщательно контролировать каждый из этих параметров.

Для того, чтобы контролировать наружный диаметр углеродной нанотрубки, необходимо также иметь оборудование для изменения формы и толщины каталитической металлической поверхности, либо использовать мельчайшие частицы с заранее заданным диаметром. Необходимо иметь возможность выращивания точно заданного количества углеродных нанотрубок в точно заданном месте, и с точно заданными длиной и диаметром.

Таким образом, основными требованиями к технологии выращивания нанотрубок являются: 1- контроль положения; 2- контроль плотности; 3 - контроль направления роста; 4- контроль хиральности; 5 - рост при низкой температуре.

Технологии изготовления полупроводниковых приборов с использованием УНТ должны обеспечивать: 1 - сопротивление контакта; 2 – травление; 3 – легирование; 4 - пассивацию и т.д.

Что касается других применений нанотрубок, то, например, по сообщению фирмы IBM, углеродные нанотрубки обладают свойством электролюминесценции, что предполагает использование углеродных нанотрубок в качестве оптических элементов.