нанотрубки (Углеродные нанотрубки), страница 19

В исследовании (10) приведены схемы и электрические характеристики одна; двух- и трехтранзисторных устройств на УНТ и схемы комплемснтарных логических элементов на их основа, Квантовую емкость УНТ палевых транзисторов и логических устройств без иежслатсльных эффектов просачивания носителей в изолирующем слое между затвором и У1-!Т можно гювысизь, выполнив слой из ХТОь имеющего диэлектрическую проницаемость (< = 25, (против /< = 3,9 у 8!Оз). Применонис слоя 7гОЗ толщиной 8 нм позволило резка повысить крутизну зависимости тока через УНТ от 1;, Инвертор на таких транзисторах р- и и-типа имсст коэффициент усиления 60. В области инвертирования вариации входного напряжения <З~Г,« = 0,0! В вызывают изменение напряжения <!Р'„,„я =- = 0,6 В (рис.

32). На основе одной УНТ создан лог< <с<сский элемент ИЛИ. Для этого на слое 2<О< разместили два загва!за А и В. а та«я<с ' добавили в цепь Уся рсзистар с сопротивлением 1 МОм ( ! О!. Сеелю<)вас) вкшочает трсхтсрминальный амбиполярный транзистор из полупроводящей однослойной УНТ диаметром 1,4 нм, ос«Оклеивай из рис~вора на 150-нм Б!Оз-слой, рсзспалаи<сг<нгяй< на кйсмниевай падлаж<из Канта«тгв стока и «ста«сз на «анцзсх нана- трубки из пленки Т< толщиной 50 нм изгатовлялн литографической техникой. Сверху все закрыто слоем ЯОз толщиной 1О нм.

В характерной для амбиполярного транзистора зависимости тока через УНТ ат Р; (!'с„= 1 В) при отрицательных значениях Г; носителями заряда являются электроны, а при Г, > 10  — дырки (см. рис. 32). Это объясняется зависимостыа туннслироваш<я электронов и дырок через барьеры Шоттки на границе «У1-1Т вЂ” металл» ат знака и напряженности электрического поля затвора. 10- 10-'о Б 10 15 ия!Н) Рп<. 32. Зависимость така через УНТ от лотс<щ«сзла затвора транзистора при ! = О,! В; «руга<хи — за~вор из легированного кремния, слой изоляции УНТ от затвора — из ЯОз; сил<аз<лая япияя— металлический затвор, изолс<и<и| из 7<0. Из-за Уз<<<<К ба)зьс!зав Шазтки па контактах Зоннки стРУКТУРсз зраизнстара пазволяст ннжсктиравать при комнатной тсмпсратуре п)',я > К электроны и дырки одновременно в середину УНТ.

Наприисрс при заземленном истоке, разности патснциалав между сыкох< и истоком ! О В и У, = 5 В разность потенциалов затвора язиосптельно не~о~а и Стока равнсз 5 В. но знаки элс«трис<ескага напряжения на контактах затвора разные, Электрическое палс на истока будет способствовать прохождонию в УНТ электронов, а киктричсскас поле на стоке — дырок При рекомбинации электронов и дырок свет излучается в 1'!К-диапазоне длин волн порядна1,0...1,5 мкм, используемом в волоконной оптикс Поляризацивниая зависимость интенсивности излучения свидстсльствупг, что УНТ являсгся линейно поляризованным дипальным источником (4, !О].

95 Эзюе!»еююлюы ююкьияти ли 3ЧП: Из полевых транзисторов с одно. слойными полупроводниковыми УНТ создают элементы памяти пригодные для записи и хранения информации при комнатной температуре. В транзисторе расстояние между истоком и стоком саста« лало 150 нм, затвором служила легированная сурьмой кремниевая пластина, а слой изоляции из В!О> между затвором и УНТ имел таи щину 100 нм, Для половины промышленно изготавливаемых одна.

слойных УНТ без указания их размера получен эффект паки»ти в виде гис»срез!»Са зависимости тока 1, ат ~; = О...+3...-3...О В (рис. 33). При ь; = 0 В проводимость двух состояний различастсн на два порядка. При ~; = + 5 В наблюдается обратимос персключсние элемента между састоянююмн с высокой и низкой проводимостью, которое при отключении напряжения сохраняется нс мснсс 12 сут, 100 10 й б 1 о 0,1 -4 -2 0 2 4 Потенциал затвора(В) !000 а 100 о 10 о и о 0,1 0,01 0 1000 2000 3000 4000 Время (о) б Рис, 33. Эффекты лак»яти иа УНТ при 1', = В) МБ: а — заюиысимость »ока от 1;; б — зффскюы иерскюио кап!я состояния транзистора потенциалом зепюора 1; = + 5 1! Исследователи указывают, что аналогичный эффект достиг«стая на тонких жгутах из смеси металлических и полупроводннко- «их УНТ их отжигом прн 335 К в течение 9 или 15 ч с воздсйствиьз! кислородной плазмы при давлении 0,005 МПа, приводящим к окислению металлических УНТ.

Полагают, чта под действием пота«циала затвора различной полярности на кислородных дсфс»стах возможны захват и высвобождение носителей заряда (10). Принцип действия оллюююэююекюююрююююююююа злезипюлт ппзююююнл осно««в на воздействии на элсктропроводность УНТ зарядом, образующимся при освещении полимсрной пленки УФ-излучеьшсм с лианой волны 365 нм. Элемент включает половой транзистор на иочупроводнпковой УНТ и светочувствитсльный полимер. Информация записывается с помощью УФ-излучения„чтсн!»с и унич»ожсн!»е Осчщсствлястся элсктри'»вским палом.

ТсхналОш»я полу" чсиия элемента предполагает два маршрута; получоние композ»гга (полимер + УНТ) осажденном из раствора на крамниавую пластину и создан»ю трвнзисто!>0 с последу!оп(нм накрытием ого пленкой исяпысра. Первый вариант тсхною!Огы!» нс обсспачиваст упорядоченную орпснтацшо УН'1. пх надежный контакт с эла»тродакш и. гж следствие. треб) смьш дчн работы прп комнппюй тсыпсрит) рс «кирин»апис смщцснпн 2 В и рост тока истока при вклк>чщшп на 0,00 мкА за ! Мин рабо~ы, При варьировании р; в диапазоне 40„,+40 В ток истока во включанном состоянии элсмснти снпжисгся от 0,70 до 0.45 ыкА.

Для работы элсмонта, нзготовлсцнаго по второму варшппу техно:югии. досгаточно напр«жюли смсщсннн ! В, иабюподастсн обратимый гистсрсзис зависимости така от 1; =- = 2 И) В с частотой 4 Гц (1(Ц. Прююпеююеююююе И>ю'»' в кююююююю ююююнерюю>п Ожидается, чта в обозри»юом будущем электронные устройства ыолскулярного размера зиис«ят злсмспты апачаг!»'и!ОГО назьирюсьиюн в х1скт)юнных схемах приборов, вклюшя компьютеры В роз)льтатс будет достпгнуг »сорстичсскнй юцюдсл плотности записи информации: парилка од«а!Обита юю ыаю»скулу.

Компьютеры Обрат) г практи !секи ю!сагра«ичсиную памнть н быстродействие. Лпмитпрусмос только врсмс«сн прохождсцпн сигнала через прибор Вариант компьютера ни УНТ имеет массив параллельных ниаогрубок па подложке Нид ним распола>кон миссии УН Г, псрпсизикуяярных нин»нпм. Каждая наногрубка соединена с мст»ш:шчсс- 96 ким электродом. Точки пересечения УНТ служат псрсключатсля. ми компьютера. При включенном компьютере УНТ касаются друг друга и сопротивление соединения мало.

В выключенном состоя. нии УНТ нс соприкасаются и сопротивление соединения велико, Управление состоянием «включснЫвыключено» реализуется тс. ками по УНТ. Ориентировочна на 1 см' чипа люжно разместить 10п таких элементов (по сравнению с 10 псрсключатслсй, размс. щаемых на современных процессорах). Скорость переключения таких устройств оценочно в 100 раз выше, чем лучших нынешних, При размещении полупроводящсй УНТ внизу, а металлической наверху при их контакте образуется гстсраперсход, который мс. жст быль выпрямизслем. Задачу увеличения количества псрсклю.

чателсй на чипе решают заменой модных проводников на УНТ диаметром 2 нм, имшощис низкое сопротивлснис, что дает возможность пропускать па ним большие токи бсз сущсствсннога нагрева. Высокая тсплоправодность УНТ пазволяст использовать их для быстрого удаления с чипа избыточной теплоты )91 Нпиг>трубки в згаиссиоиимх ирибирпал В приборах с холодными катодами имеются электронные дисплеи, источники рентгеновского излучсния, люмииссцснтпые источники саста и т. п, Высокис эмиссионные свойства УНТ вслсдствис атол1арных размеров заостренных участков эмитирующсй поверхности в сочетании с высокой прочностью, тсрмостойкостью, устойчивостью к агрессивным средам привлекательны для примснсния их в плоских экранах и устройствах, использ)зощих элсктронныо пучки, а также для создания катодов, работавших в условиях высокого вакуума и в газоразрядиых устройствах. При комнатной тсмпсратурс и напряжснии 500 В УНТ способны испускать электроны, вырабатывая ток такой же плотности, что и стандартный вольфрамовый анод при нагрсвс сго да 1000 К )10).

Яркость эмиттсра на основе УНТ достигает уровня яркости обычных эмиттсров. В случаю полупроводникового эмитгсра разброс уже, чем в случае металлического, и определяется шириной максимума в спектре локальной плотности состояний вблизи всршины нанотрубки ! 8!. Применение кпеог)ов на основе УНТ в качсствс эмитгсрав электронов в источнике рентгеновского излучения позволяет избавиться от разгонных напряжений 20...30 кВ, исключив подогрев катода, облегчает создание компактных переносных устройств и исключает возможность разрушения катода при химическом взаиисдсйствии сга нагретой поверхности с остаточными молекулами роды и кислорода. В качестве электронного эмитгсра испольэовали вольфрамовую проволоку с кобальтовым покрытием, на которой выращены ориентированные псрпсндикулярио поверхности ярсволаки мнагаслойиыс !8) или однослойные (10! УНТ.

Плотаюють многослойных УНТ с кобальтовыми частицами в всршииах 7 -з составляла б !О мм . Ток пучка электронов был равен 1,5 мкА ври энергии 60 кэВ и давлении 2,бб 10 ' Па. Вольфрамовая сотка, расположенная на расстоянии 50.„200 мкм от катода, служит улравлзпащим электродом (рис. 34), При использовании УНТ- катода отисчсны существенно более высоков качество изобрюксвяя и наличие на рентгенограммах элементов, например проводов яатсгральиой микросхемы диаметром 30 мкм, невидимых при ярлиснснип тсрмоэлсктраниого катода ! 8, ! 0).

Пленка из ОСНТ вЂ” 4,0 см Рпс. 34. Половой источник ре|птсновскогс излучения В «пики)озкьитизсйеитиий лампе источником излучения слукит слой люминофора, облучасмый пучком быстрых элсктронов Прлиснснпс катода на основе многослойных УНТ также позволяет югказаться от нагрсва источника электродов до нескольких сотен градусов Цельсия, что упрощает конструкцию лампы и умсньшасг энергопотребление. доводя ресурс работы электРонного эмиттера до 10000 ч В этой лампе диск диаметРом б мм и тол>цинай 0,5...1,0 мм из материала внутренней части катодного осадка, абра.