нанотрубки (Углеродные нанотрубки), страница 17

Его рассматривают как молекулярный гетера- переход «металл — полупроводник» (рнс. 24), Из расчетов следует, чта если в однослойной УНТ типа «зигзаг» (8, О), расположенной справа и являющейся полупроводникам (так как п = 8 нс делится без остатка на 3) с шириной запрещенной зоны 1,2 эВ, создать дефект, заменив два шестиугольника на семи- и пятиугольники, то УНТ изогнется н у ее левой части хиральность составит (7, 1). С изменением ориентации шестиугольников по отношснню к оси УНТ она становится полуметаллом с нулевой шириной запрещенной зоны и более высоким положением уровнн Ферми (Е!). Выигрыш в энергии приводит к перетекани1О заряда и образованию баРьеРа Шоттки (потенциальный баРьсР, обРазУющийса в рашпгпщем с мсталлак! прикантактнам пал) провадниковом спас пз.за различной рабаты выхода электронов !Р).

высота которого „рнк!ерна равна половине ширины за1зрсщснной зоны полупроводниковой нанотрубки. При этом электрический ток течет ат металла п полупроводнику (2). Рпс. 24 Сгрукгурп гсгсропсрсхолп пп аснавс о;шаслайпай УВТ с хнрвльнасгыо. Нзчспн!ошсйсн с (й. 0) лп (7. () а — Нсфскг ыжп1уг»льппк — ссмп)1«п ппк» (впс1лымп вруж»чквми им«Овны вшмм нгнспилв, плрв!»к»пас лсфсго п н!!О!'Л,ппй в!Рувэ урн У(П'). л — пляс»спи» пыр! Ни !к»1»пв пых в!»кцмппп 3ффскт использовали для соззвнпш пыпрнмлякпцсго диода В пси УНТ разк1скцсна нп нспрападнппй( (кварцевой) подложке «нахедптсн в контакте с двумя проводами нз зо:нип нли платины Прп пряпажснип к полупроводниковому ко!шу гсгсропсреходп порогового напряжения смсшшшн 1'„.„=.

! 2 В зок через У!П рсзко возрастает. С измсншпюм палнрносп! Зок исчезает Прн:«1жшшс иппрнжсвяя к подла»!Не-'яггвару привалит к счшпсшно ВЛХ по асн пвпрнжсннн. С увел!в!авек! Налож1пслывга нлпрвэкашн ип жгтво- ре пороговое напряжение смещения растет, а при Отрицательном уменьшается (рис. 25).

Это указывает на то, что основными носителями заряда в гетеропереходе «полупроводник — люталл» являются дырки (10) При этом наилучший режим работы диода соответст. вует напряяшнию на затворе -4 В. Аналогичным образом в результате внедрения дефекта могут быть получены гстеропсреходы «полупроводник — полупроводник» с различными значениями ширины запрещенной зоны Ц, 40 300 200 100 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 У(В) Рис, 25. ВЛХ диода иа изогнутой УНТ Квянтово-л>сханичсскис расчеты и эксперименты подтвсржда. ют, что гстеропсрсходы можно образовать структурным моделированием, сращивая различные УНТ и создавая соединения (в тои числе У- и Т-образные) самостоятельных электронных устройств типа резисторов, диодов и др.

Например, с помощыа ободка из чередующихся углеродных пяти- и семиугольников можно получить диод, соединив металлическую (5, 5) и полупроводниковую (10, О) УНТ (рис. 26). Соединения УНТ в виде вилки (У-образныс) получали методом осаждения из пара углеводородов на >онкую алюминисвузо подложку, в которой образованы каналы разной глубины н формы с размещенными в них металлическими катализаторами При при- (10,0) поженив отрицательного напряжения к «ручке» вилки ток возрастает, при поло>кительном отсутствует из-за наличия барьера из дефектов в структуре, пропускающего ток в одном (5,5) направлении.

Высоту барьера изл>сияют, подав управляющее напрюкение к одному «зубцу» вилки. Измерением электропроводности определена асимметрия ВАХ с пороговыми значениями напряжешш + 0,19 и -0,44 В и дальнейшим ростом тока с разной скоростью при увеличении напра>кения 110!. В более тсхнолоп>чной конструкции нанояиода не нужно вырацв>вать УНТ сложных форл>, Такая конструкция состоит из двух перекрсщива>ошихся однослойных УНТ, каждая яз которых контактирует с двумя элсктрода- ие>шс УНТ типа ии. Вследствие свободного расположения «зигзаг» и «крссвеРхней УНТ на нижней и ван-дсР-ваальсова ло»ободкол> притяжения лшжду ю>ми и подложкой нано- пзпяти-исемитрубки контактируют на площади 1 нм с вс- угольников )юятностыо >0>охождш>ия элш(тронов 4 л к Г1ри комнатной температуре гетсропсреходы типа «металл— металл» и «полупроводник — полупроводник» обладают проводимостью отдельной УНТ (порядка О,)е'!/1).

ВАХ симметричной относительно оси нулевого напр»люция, и нс выпрямляют ток. При контакте полупроводниковой и металлическои 'УНТ из-за большего перенося заряда и образования барьера Шоттки высотой 0,2...0,3 эВ проводимость соединения падает на два по!н>дка, а ВАХ становится явил>л>стрижкой. При положительном потенциале полупроводниковой УНТ с ростом напряжения ток через гетеропсрсход «полупроледник — металл» возрастает быстрее, чем при отрицательном. Отвечено, что в системе с пересечением металлической и полупроводниковой УНТ на проводимость последней сильно влияет барьер„образующийся в области контакта нанотрубок.

Варьированвем потенциала металлической УНТ можно регулировать прямой и обратный ток через полупроводниковую УНТ (101 Приведено техническое решение по созданию нановыпрямитсля на пересела>ощихся УЕ!Т с узкнл> барьером Шоггки. Между элвктродамн Ыа концах электродов А Н С -20 00 1,0 1,0 Траггзисторы, На основе полупроводниковых и металлических УНТ изготовлены полевые транзисторы (трггодг(1, работающие при комнатной и сверхнизкой температуре. На перенос заряда в транзисторах сильно влияет внешнее управляющее поле, Полевые транзисторы используют в усилителях электрического сигнала переключателях и т. п.

В транзисторе на полупроводниковой УНТ се размещают по. верх непроводящей кварцевой подлог((ки в контакте с двумя электродами. Третий электрод — затвор в виде кремниевого слоя размещен под подложкой. В полупроводниковой УНТ из-за наличия энергетической щели концентрация носителей электрического заряда в Ввлентной зоне и зоне проводимости мала, н поэтому напотрубка обладает большим сопротивлением. При подаче на затвор электрического потенциала в области УНТ возникает электрическое поле и положение энергетических зон меняется (рис. 27). Рпс, 27.

Изменение ширины запрещенной юны в полупроводниковой УНТ лед действием потенциала затвора (а) и напряжения смещения ((г) Дырки являются основными носителями заряда в транзисторе. Их наличие связано с несовпадением работы выхода эггсгггроггов (Р из УНТ и из электродов, а также с влиянием заряженных центров в кварцевой подложке. В результате возникает перетекание электронов с УНТ нв электроды.

С измсненисм напрггхгсния затвора 1; „онцентрация дырок (и соответственно проводимость в валентной зоне) изменяется по экспоненциальному закону со смещением „рая зоны относительно уровня Ферми (1Кк). При К = -6 В концентрация дырок максимальна, сопротивление минимально и УНТ становится металлической, а при Г„= + 6 В ток через УНТ не проходит. Проводимость УНТ в условиях комнатной температуры при гпыенении 1'„от -6 до + 9 В уменьшается на шесть порядков (рвс, 28, вставка). Рпс, 2К, Зявнсггыость тока! от наггргог(сгггггг смещения (;„полевого яолулроводнпкового трап астора при ('„= — 3 ..,+ 8 В, !г(г есвппке— завнсамосгь лроводггмостл от потенциала затвора лрл (;„= 0 Отысчагот, что дырки присутствуют именно в УНТ, а нс инкектируются на контактах.

Вероятно, они равномерно распределены вдоль пацотрубки независима от значения Г„. Их концентрация в УНТ равна 1:250 атолюв углерода против 1:1О" в графите, а подвижность ниже подщокности дырок в графите п совпадает с аодвнжностью дырок в снльнолсгированном кремнии р-типа (10). Электрические свойсгва полевого транзистора па пол)проводя((вовойй УНТ отличаются от свойств транзистора на объемных полупроводниках наличием периодической вариации дырочного тогш.

При расстоянии между электродами б50 нм период осциллнций са. ставил 40 нм. Эти вариации отражают модуляции потенциала н уровня Ферми вдоль УНТ и обусловлены ее взаимодействием с подложкой, нарушающим трансляционную симметрию УНТ (1О! Известны другие палевые транзисторы, в которых также ис. пользуются полупроводниковые УНТ. Это транзисл>ор ла коль>(в Во» УНТ (1О, !41 и канальный транзистор 14„101. Первый обладает технологическим удобством контроля диаметра кольца (1О„, 20 н«!) вместо их длины, линейностью ВАХ при (л„= 0 и эффектом вклк>. ченин, при котором увеличение Рс„, от 1 до 1,5...2,0 В приводит к увеличению така с нуля до И)0 нА при Г", = 5 В, Канальный карол>лотар — самый скоростной В настоящее врс.

мя. Он построен па схема оычнога канального транзистора типа «металл — аксид — полупроводник» (МОП). Для ега изготовления на поверхность кремниевой подложки р- или н-типст, предварительно покрытой слоем Е!О> толщиной 120 нм, осаждали нссколька однослойных УЕ)Т. Затем по краям УНТ формировали титанавые электроды истока и стока. Затвор из титана илн ал>оминия размешали между электродами поверх УНТ, изолируя сс ат затвора тонким слоем %0>. Производительность транзистора тсм выша, чем тоньше слой Оксида н мсньшс длина канала из УНТ.