Форма и структура нанотрубок

Однослойные нанотрубки. Минерал графит имеет слоистую структуру. Каждый слой построен из гексагональных ячеек — шестиугольников, в вершинах которых расположены атомы углерода (рис. 8.49а). Идеальная нанотрубка — это свернутая в цилиндр графитовая плоскость, причем цилиндр не имеет «швов»

Диаметры нанотрубок могут изменяться от 0,5 нм примернодо 100 нм, длина — от нескольких десятков нанометров до миллиметров.

Зависимость электронных свойств от структуры позво%

ляет формировать на индивидуальной нанотрубке p–n_ и

гетеропереходы, т. е. создавать активные элементы ИМС.Например, если в атомную сетку нанотрубки, остоящую из 6-угольных ячеек, внедрить дефекты в виде 5 и 7угольных ячеек, расположенных на противоположных концах диаметра, то нанотрубка изогнется). АСМ изображение изогнутой нанотрубки, расположенной на кварцевой подложке и имеющей контакт с золотыми электродами, приведено на рис. 8.55б. Вольт%амперная характеристика изогнутой нанотрубки нелинейна Верхняя прямолинейная часть нанотрубки (до изгиба) имеет металлическую проводимость; ее вольт-амперная характеристика линейна (Проводимость нижней и верхней частей изогнутой нанотрубки становится различной вследствие различия ориентаций сеток ячеек относительно оси трубки. Так можно получить трубки с полупроводниковой и металлической

частями. Подобная нанотрубка работает, как выпрямляющий диод (диод Шоттки). Нанотрубки У_образной формы также пропускают ток только в одном направлении, что обусловлено дефектностью структуры в месте соединения зубцов. Гетеропереходы полупроводник–полупроводник можно получить соединением нанотрубок разного диаметра (о других способах формирования гетеропереходов см. ниже).Эксперименты показали, что у нанотрубок есть еще одно полезное для применения в электронике свойство. В структуре полевого транзистора (исток–затвор–сток) с полупроводниковой нанотрубкой в роли канала можно уменьшать проводимость нанотрубки с помощью электрического поля затвора на 6 порядков, то есть фактически превращать нанотрубку в диэлектрик. В этой же структуре можно переводить проводимость нанотрубки из p_типа в n_тип посредством отжига. Так создаются p_ и n_полевые транзисторы, а следовательно, и комплементарные МОП структуры (КМОП), являющиеся основой логических элементов интегральных микросхем. При синтезе обычно получаются пучки нанотрубок с различным типом проводимости (примерно 1/3 металлических и 2/3 полупроводниковых). Для разделения смешанные пучки нанотрубок осаждают на кремниевую пластину, покрытую слоем SiO2 толщиной 200 нм. Затем наэти пучки литографическим способом наносятся золотые полоски — электроды. Пластина кремния играет роль затвора. На затвор подается напряжение (_10 В), и электрическое поле затвора переводит полупроводниковые нанотрубки в непроводящее состояние. Электрическими импульсами, подаваемыми на электроды, металлические нанотрубки разрушаются, на подложке остаются одни полупроводниковые. Существуют и другие способы разделения металлических и полупроводниковых нанотрубок.

Электропроводность. Проводимость нанотрубки имеет квантовый характер, причем движение электронов в нанотрубке может происходить как вдоль оси, так и попериметру нанотрубки. Однако движение по периметру (окружности) возможно при условии, что на длине окружности укладывается целое число длин волн де Бройля.

Эмиссионные свойства. Современная технология широко использует электронные токи в вакууме: в дисплеях, вакуумной электронике, электронной микроскопии при генерации рентгеновского излучения и т. д.

В настоящее время наиболее распространенный способ получения электронных пучков — термоэлектронная эмиссия. Обычно источники электронов — вольфрамовые нити (или пористые матрицы, пропитанные материалом, понижающим работу выхода электронов), нагреваемые до температур порядка 1000_С. Недостатки термокатодов — большие тепловые потери, инерционность, изменение размеров при нагревании, относительно небольшой срок службы, газовыделение при нагреве, ухудшающее вакуум.Альтернативный способ получения электронных пучков — полевая (или автоэлектронная) эмиссия.

Полевая эмиссия(автоэлектронная) — это испускание электронов с поверхности большой кривизны (острия) под действием электрического поля. Напряженность электрического поля Е вблизи острия во много раз превосходит среднее по межэлектронному промежутку значение Е.