нанотрубки (Углеродные нанотрубки), страница 21

150 нм !101 в интервале температур 50...500 'С имеет строго линейную зависимость мехгду высотой столбика галлия и температурой. Галлий использован по. тому, что находится в жидком состоянии прн 29,8... 2403 'С и имеет низкое давление паров даже при высокой температуре !4, 10). Лрггиеггеггие УНТ к устрайствпх, реплизугси!их ггекггггигге. скис и злсктромехаиические зг/гг/зекпгы, Продолговатая форма и малый диаметр УНТ обеспечивают преимущества при использовании в роли острий для скаггпругагг/ггх зоидокых лгггггросггапггв па сравнению с остриями — пирамидами из кремния или оксида кремния с радиусом кривизны вершины 13...20 нм, имеющими значительные ограничения нв горизонтальное и вертикальное разрешение, Улучшение разрешения зондов из УНТ достигается снижением эффективного радиуса до 9 нм у зонда из многослойной УНТ и да 3 нм у зонда из однослойной УНТ с перспективой дальнейшего уменьшения радиуса 111!.

В последнем случае высокий результат свггзан не только с малыьш поперечными размерами таких УНТ, на и с их структурным совершенством, проявляющимся в высоком уровне механических свойств. хлыеготсл данные о превышении на 70 % поперечной разрешающей способности наконечнига АСМ на основе однослойной УНТ па сравнению с кремниевым наконечником. Измерения с наконечником на основе жгута однослойных УНТ радиусом 5,5 нм позволили различить две рядом лежащие УНТ с диаметрами 1,70 + 0,02 и 1,72 + 0,02 нм, что недостижимо при использовании кремниевого наконечника, Длина зонда из УНТ составляет 1,8 нм !11).

В зонде АСМ УНТ крепится акриловым клеем к пирамидальной позолоченной кремниевой консоли. При приложении напряжения между УНТ и поверхностью ниобиевой подложки в среде кислорода происходят раскрытие УНТ и сокращение сс длины. !Об К свободным связггы, имеющимся на раскрытом конце УНТ, присоединяются радикалы -СООН, которые используют в качестве химических зондов. Для обеспечения жесткой фиксации УНТ на яаконечник напыляют слой аморфного углерода. Облучение наковечника электронным пучком приводит к утолщенюо основания УНТ у поверхности наконечника.

Более перспективным является изготовление зонда выращиваяием УНТ непосредственно на кремниевом наконечнике методом СУ(3, т. е. осаждением нз паров при протекании реакции этилена и водорода при 750 'С в присутствии катализатора на основе Рс/Ыо„ жпалггягащсга предварительна созданныа поры диаметрам 50...!00 нм. Падабныьг образом получены многослойные УНТ длиной 480 нм и диаметром 1О + 5 нм, позволившие различать сбъекты размером 2...5 нм, Уровень адгезионных свойств многослойных УНТ при контакте со стеклом в тангснциальном направлении силы составил 7.8 Н/см (для сравнашя; адгсзия лапки гшгнона к поверхности Земли равна 10 Н/см').

Адгсзия У1-ГГ к поверхности золота, парилена, арсенида галлия иижс, чем к стеклянной поверхности ! ! 1). Действие хьнпгчвскага зале)и основано нг! зависимастн адгсзиои" вага взаиыадействиг! радикала, находящегося па конце УНТ, от значенггя рН среды, в которуго он погружен. Радикал из гидрофильной карбаксильной группы, которая хорошо связывается с водой н паяяримк!н соединениями.

мстадами органической химии мОжнО зчггсннть соединением гидрофобной амидной группы, которая способствует сильному связыванию с элшгтронсйтральными малскулаии и неполярными соединениями. Взаимодействие разных в химическом отношении острий АСМ с монослоями веществ различных групп, но одинаковой толщины и поэтому тапологичсски нсразлнчпиымн (например, СООН и СН!) позволяет различать их по значснию адгсзии. Отметим, что более сильной адгезии соотвсгствуют более темнью участки на изобрюкснии поверхности ! ! О!.

Элекгропроводность зондов из УНТ способствует их нспольюваниго в сканирующей туннельной микроскопии. ма!раскалах ближнего оптического поля, нановнбраторах. В СТМ их применяют дпя получения нс только топологичсскога. Ио так>ко химического изображения и исслсдовашш взаимодсйствю! мс!кду биало- !07 гическими молекулами (4, 10, 11, 14). В получающихся изображе. виях больше деталей, чем при использовании кремниевых нана.

ночников, поскольку зонды из УНТ обладают способностью зон дировать наиболее узкие борозды, например шириной 0,4 мкм и глубиной О,о мкм (2). Зонды из УНТ диаметром 5... 20 нм и длиной 1 мкм являются относительна прочными и стойкими к загрязне. нию (2). Их давление на исследуемую поверхность ограничено, что важно при изучении биологических систем. Использование АСМ-зондов из УНТ для рисования узоров на поверхности оксида кремния выявило их ббльшую износостойкость, чам обычных зондов, и определило их пригодность для нвнолитографии, т. е, нанесения на поверхность носителя с плотностью, соответствующей наномстровым поперечным размерам УНТ !4!, Одним из преимущественных направлений использования по. вышенной разрешающей способности АСМ с наконечниками на основе УНТ является контроль качества травления поверхностей полупроводников и фоторезистов. Это обеспечивает дальнейшую миниатюризацию микроэлектронных устройств и повышение информационной емкости соответствующих систем записи и обработки информации ! ! 1!.

Рис. 39 иллюстрирует возмткности наконечника АСМ с УНТ при контроле узкой глубокой трещины, полученной В рсзультате иОннОГО траВлен1ш фоторсзиста, 2>а В а а -2за о 1 2 б а Рис. 39. Схематичное представление исследования качества травления поверхности с помощью зонда АСМ.

слаб>конного УНТ: о — схема исследования (! — консоль, 2 — пирлмидолыл,1й кремниевый паконо пп1к, 3 — УВТ. 4 — исследуемая полорхлос>ь), о — поперечный профшп, троллепой поверхности При анодизации электрическим полем на воздухе пассивированной водородом поверхности Б! (100) литографический процесс образования линий оксидов толщиной 10 нм с шагом 100 нм проводили в режиме простукивания при напряжснии -7...-15 В относптельно подло>кки на кремниевом наконечнике со жгутом из УНТ и амплитуде смещения консоли, уменьшенной от 15 до 1 нм. Скорость записи была равна 0,5 мм/с (максимальная для данной лито(рафичг ской схемы) Другой магод повьппения плотности записи инфорыации с по>ющью АСМ связан с тармомеханичаскнм методом накопления данных. Нагретый наконечник микроскопа воздействует на тонкую полимерную пленку.

Быстрое охлаждение наконечника приводит к фиксации на поверхности планки углубления — единицы пвфармации, Информацию сч>ггывают сканированием наконечника по поверхности пленки на основании рагистрации отклонений консоли микроскопа в местах углублений. Параметры системы определяются степенью остроты наконечника. Недостаток кремниевых наконечников связан с их быстрым >апасом. приводящим к расширению углубления и снижению плотности записи. Износ наконечника из УНТ приводит к аго укорочению. При использовании наконечника с ннклсанной многослойной УНТ радиусом !0...20 нм достигнуто минимальное расстояние между углублениями 50 нм что соответствовал плотности записи 4 10 ' бит/см (для сравнения: плотность записи лрп применении кремниевого наконечника 10Н бит/см ).

Отыстим, что пз-за большей теплопроводности при применении наконечника с УНТ температура нагрева на 100 'С ниже температуры нагрева кремниевого наконечника (! ! !, В.игггг/>г>ехт>ппх йггг,>гг>генг> пгигя зонд из УНТ применен для визуализации плазменных (плазмон 1гваз>п(астица. Описывающая колебания электронов вокруг тяжалых ионов в плазме) полей металлических наноструктур как фазы, так и амплитуды с разрешением 30 нм. Это открывает возможность фазочувствитсльного кяртографнровани» оптических полей в фотонных кристаллах и напооптичсских резонаторах !4! В >ггпгг>гвг>/>ггл>г>/>с многослойная УНТ. располоягснная в канала между двумя анодами на расстоянии 2 мм от них, прикреплена к апкелсвому остршо (рис 40).

Парах>синае напрюкснпс„приклады- 108 (09 ваемое к одному из анодов, вызывает резонансное колебание УНТ В результате механического резонанса нанотрубок по движению светового пятна на экране, располоясенном на расстоянии 3 см от острия, можно определить изменение упругости или теплопровод. ности отдельной УНТ в результате ее нагрева до температуры 2000 К или адсорбции атомов различных элементов на се поверх. ность и влияния малых доз радиации [4, 10!.

Рис. 40, Схема эксперимента по иаблюдсиюо рс!юиаисиого возбуясдсвия пучка УНТ, прикрепленных к 1ч!хострию, иря приложении к анодам осциллпрующсго напряжения Налоплл!!ел! для захвата и переноса частиц нанометрового размера состоит из двух УНТ диаметром 20...50 нм и длиной 4 мкм, прикрепленных к двум золотым электродам. При подаче напряжения УНТ заряягаются и под действием сил электростатического притяжения изгибшотся сначала медленно, а при достижении напряжения в 8  — резко. до смыкания концов.