Введение к работе
Актуальность темы
Углеродные панотрубки вызывают большой научный и практический интерес блаюдаря своим уникальным структурным, механическим и элекфонным свойствам1 Панотрубки. как одномерные проводники, считаются перспективными объектами для создания различного рода элекфонпых устройств, которые могу і служить элементной базой молекулярной электроники.
Дія использования наногрубок в качестве >леменгов электронных устройств необходимо исследовать электронный транспорт в них. Транспортные свойства нанотрубок зависят от их струкіурьі, поэтому очень важно имеїь возможность проводить )лектрические измерения и наблюдение структуры одних и тех же нанотрубок. Наиболее полную информацию о структуре панотрубки можно получить с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ), однако для исследования нанотрубок в ПОМ необходимо, чтобы они располаїались в сквозной щели. Исследование свободновисящих нанотрубок интересно также и потому, что позволяеі исключить влияние подложки на их электронные свойства.
Для изготовления устройств на основе нанотрубок, в том числе свободновисящих, могут быть применены два подхода: перенос предварительно синтезированных паноірубок в необходимые места схемы или непосредственный синтез нанофубок на заранее подготовленных участках схемы. Второй подход представляется более предпочтительным, особенно для изготовления большого числа элементов, содержащих нанотрубки, так как он позволяеі избавиться от «ручной» работы по перемещению нанотрубок на подложку Единственный метод синтеза нанотрубок, сочетающийся с этим подходом, - это химическое осаждение из іазовой фазы2 Дія успешного сишеза нанотрубок этим методом в потоке углеродсодержащеіо газа с добавлением водорода и инертного газа требу еіся довольно точный подбор соотношения газов в потоке и контроль скорости потока3, что осложняет получение воспроизводимых результаюв 11о)гом) возникает необходимость в простом и надежном методе химического осаждения у г іеротньтх нанотрубок.
Как правило, при изготовлении устройств на основе нанотрубок используется атомпо-сидовой микроскоп (АСМ) С его помощью определяется положение нанотрубок на подложке относительно маркерных знаков, посіє чею в растровом электронном микроскопе (Р")М) или литографе, где наблюдаются юлько маркерные знаки, выполняется электронная литография, необходимая для изгоювления электрических контактов Возможность
ііпціе-walled carbon
Carbon nanotubes synthesis structure properties and applications /cd Dresselhaus M S Dresselhaus G , A\ouris Ph " Springer-Verlag Berlin 2001 448 p, І іенмш А В Уі.іероднмс панотрубки '/Успехи фич наук 1997 I 167 С 945-972 1 Kong J Soh И Т , Cassel Л М Quale С F , Dai II Synthesis nanotubes on patterned silicon wafers Nature 1998 V 395 P ' Franklin N R . Li Y , Chen R J Javcs Л , Dai H Patterned gic nanotubes on full 4-mch wafers '' Appl Phys Lett 2001 V 79
нечосре істненчоїо наб ію іения папоірубок 14 РЭМ позвоіяеі избавимся 01 необходимое і и неноіьзоваїь \( \! и у просинь пронеіуру іпіоіовіепия уеіройегв па и\ основе Однако све існия в іиіераіурс проіиворсчивм в о ши\ работах у івержтаеіея, чю в РЭМ можно ііабподап, юіько пучки, сосіояшис из бо.іі.шоїо ко іичеегва параллельных нлноірубок. в іруїпх же рабо і ах сообщаю), чю нас по іаются оїдс іьпьіе однослойные паноірубки, не нрнпо ія, гем не менее прямою юказательетва Дія о (позначною опре іе іеиия іипа нанотрубок. ви іи\іьі\ в РЭМ, необходимо провести нарад іе.іьное пабдюіение одних и ге\ же наноірубок в РЭМ и ІІ')М. чю і ребус і иіюіов існия образцов, содержащих свободновисящие напоірубки
Таким образом, сформулированные выше проблемы обус іавливаюі актуальносіь іемьі диссертационной рабо і ы, посвященной созданию новою метода химическою осаждения нанотрубок, исследованию их ирукпры с помощью ГГ)М и РЭМ и проведению измерений ч.іекіронноіо ірансіюрга н напоірубках.
Цель и задачи исследования
Целью чисеертационной работы явіялось исследование структуры и электронных свойств однослойных уі.іеродньїх нанотрубок и их пучков, не лежащих па подложке. Для достижения тгой цели необходимо было решить след) юшие задачи:
изготовить образцы, содержащие пучки однослойных напоїр\бок, полу ченпые в дуговом разряде,
синтезироваїь напої рубки меюдом химическою осаждения из іазовой фазы,
оижмизировать условия сип юза. исследуя получаемые напої рубки с помощью просвечивающей и растровой электронной микроскопии,
изютовить образцы, содержащие однослойные наиотрубки, выращенные при помощи химическою осаждения,
провести измерения элекфоиною транспоріа в однослойных напої рубках и в пучках паноірубок и исследование их сірукіурьі в просвечивающем и растровом электронном микроскопе
Научная новизна работы
I. В свободиовисящих пучках наиоірубок между несверхироводяшими контактами впервые наблюдалось резкое падение сопроіин іения при ох цгждепии ю темпераіурьі менее 0,5 К, подав іявшссся внешним машишым полем или током досіаючной величины Іакое поведение можем объясняйся переходом пучков ианоірубок в сверхпрово 1ЯЩСС состояние
-
Мре пожен новый беспроючиый меюд химическою осаждения уперощых наноірубок, позволяющий поіучаїь о (послойные напої рубки, с іабо заірязненньїс аморфным у иеродом
-
Обнаружено чю ищивидуальные свободновисящие о июс юйиые нацахрубьм-чожмо наблюдаїь и различай» но іиамсіру в рас і ровом
< "<'fiii%kifp'oHHMi ^ітткрЬекопе I ни наб no іаемьіх наиоір\бок \иаповіен с
' ,«,**-> -t* ' j 2
помощью совместного наблюдения напої рубок в просвечивающем и растровом режиме злекіронного микроскопа.
Практическая значимость работы
-
Разработанный 6'еспро точный метод химическою осажтения может быть использован для воспроизводимою получения однослойных нанотрубок.
-
Результаты исследования электронных свойств пучков однослойных углеродных нанотрубок, полученные в работе, мог) г быть испотьзованы для дальнейшего развития теории электронного транспорта в низкоразмерпых структурах.
3 Доказанная в работе возможность наблюдения однослойных нанотрубок в растровом электронном микроскопе позволяет осуществить их интеграцию в процесс электронно-литографического изготовления устройств.
Личный вклад диссертанта в работу
Изготовление образцов, содержащих однослойные нанотрубки и пучки однослойных нанотрубок в щели между металлическими контактами, было проведено в сотрудничестве с В Т Волковым, к.ф-м.н. А.Ю. Касумовым, к.ф-м.н. К).Б. Горбатовым, к.і.н. В.Н. Матвеевым.
Исследование структуры нанотрубок в просвечивающем электронном микроскопе было выполнено автором совместно с д.ф.-м.н. И.И. Ходосом.
Разработка беспроточного метода химического осаждения уїлеродньїх нанотрубок и исследование нанотрубок в растровом электронном микроскопе были осуществлены автором самостоятельно.
Положения, выносимые на зашиту
-
Результаты экспериментального исследования проводимости пучков однослойных нанотрубок, полученных в дуговом разряде, свидетельствующие о возможности реализации сверхпроводящего состояния в пучках нанотрубок.
-
Разработанный беспроточный метод химического осаждения, позволяющий получать однослойные нанотрубки высокой чистоты в широком диапазоне условий синтеза.
-
Обнаруженное явление сильного контраста свободновисящих однослойных нанотрубок в растровом электронном микроскопе. Возможность определения типа ианоірубок с помощью совместного наблюдения в растровом и просвечивающем режиме электронного микроскопа.
-
Результаты экспериментального исследования проводимой и однослойных нанотрубок, полученных методом беспроточного химического осаждения между Al/Pd/Сг электродами.
Апробация работы
Материалы диссертации были прелсіавленьї на следующих научных конференциях:
International Winterschool on Electronic Properties of Novel Materials (Kirchberg, Austria, 2004)
XX Российская конференция no электронной микроскопии (Черноголовка, 2004)
7th International Conference on Nanostructured Materials (Wiesbaden, Germany, 2004)
Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых > ченых «Ломоносов-2005» (МЪсква, 2005)
XIV Российский симпозиум по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел (Черної оловка, 2005)
Публикации
Основное содержание диссертационной работы изложено в 8 печатных источниках, список которых приводится в конце реферата.
Структура и объем диссертации
