Электронные лекции (1051336), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

10 Гибкий прозрачный полевой транзистор на основе молекулярных слоев дисульфида молибдена, графена и нитрида бора. Принцип работы, функции материалов в структуре транзистора.

Устройство толщиной всего шесть атомных слоев использует в качестве истока, стока и затвора графен. Изолятором выступает гексагональный нитрид бора (h-BN), а каналом служит слой молибденита. Каждый слой толщиной в атом механически отслаивается и накладывается на гибкую кремниевую пластину. Слои генерируются отдельно и только потом помещаются на несущую конструкцию, что позволяет свести к минимуму структурные дефекты на молекулярном уровне.

полевые транзисторы не теряют производительность под высоким напряжением и обеспечивают высокую подвижность электронов даже при масштабировании до монослоя в толщину, слои эти взаимодействуют посредством ван-дер-ваальсовых сил.

11 Гибкий прозрачный полевой транзистор на основе молекулярных слоев дисульфида молибдена, графена и нитрида бора. Как влияет кол-во слоев дисульфита молибдена на подвижность носителей тока.

Устройство толщиной всего шесть атомных слоев использует в качестве истока, стока и затвора графен. Изолятором выступает гексагональный нитрид бора (h-BN), а каналом служит слой молибденита. Каждый слой толщиной в атом механически отслаивается и накладывается на гибкую кремниевую пластину. Слои генерируются отдельно и только потом помещаются на несущую конструкцию, что позволяет свести к минимуму структурные дефекты на молекулярном уровне.

Влияние количества слоев MoS₂ на подвижность носителей для различных структур:

12 Технология формирования массива нанотолщинных элементов MoS₂ методом переноса. Операции получения MoS₂ – штампа.

Технология формирования массива нанотолщинных элементов MoS₂ методом переноса. Операции получения MoS₂ – штампа

1 – исходный массивный MoS₂ на медной подложке. 2 – фотолитография, фоторезист-маска. 3 – формирование титановой маски. 4 – реактивное ионное травление MoS₂ гексафторидом серы. 5 – удаление титановой маски в плавиковой кислоте (HF). 6 – плазменная обработка SiO₂ – подложки в кислородной плазме для электростатической зарядки поверхности

1. Технология формирования массива нанотолщинных элементов MoS₂ методом переноса. Механизм переноса слоев MoS₂ от штампа к подложке SiO₂.

Берется кремниевая подложка с SiO2 на пов-ти, далее пов-ть обрабатывается плазмой , чтоб на поверхноси остался остаточный заряд.

Прикладывается штамп MoS2к подложке и несколько слоев MoS2 остается на SiО2. MoS2 применяется виде нанокластеров 2-3нм и выступает в качестве катализаторов.

14 Логический элемент «НЕ» на основе MoS₂ – транзисторов. Поясните принцип работы элемента на основе ВАХ.

При подаче нулевого напряжения на вход Vin нижний транзистор находится в закрытом расстоянии. Тогда разность потенциалов по обе стороны верхнего транзистора будет равна 2В, т.е. все напряжение приходится на верх травнзистор, поэтому на затворе будет ток, что соответствует логической единице

Аналогично при подаче ненулевого напряжения на Vin. В этом случае все напряжение приходится на ниж транзистор, поэтому на затворе верхнего тока не будет, что соответствует логическому 0.

15 Логический элемент «ИЛИ-НЕ» на основе MoS₂ – транзисторов. Поясните принцип работы элемента на основе ВАХ.

Транзистор на основе монослоя дисульфида молибдена может быть использован для осуществления логической операции ИЛИ-НЕ, путем параллельного объединения двух транзисторов.
Внешний резистор R используется как нагрузка.

Когда один из двух транзисторов находится в открытом состоянии соответствующем 2 вольтам на входном напряжении (Vin=2 В), то напряжение выхода почти нулевое, что соответствует логическому нулю.

Когда оба входных напряжения Vin,A и Vin,B, имеют низкое напряжения (соответствует логическому 0), то оба транзистора находятся в закрытом состоянии и всё подаваемое на схему напряжение (VDD) падает на выходе (Vout), т.е. VDD=Vout= 2 В. Такое напряжение на выходе соответствует логической единице.

Исходный график показывает, что при подаче на входы A и B, и/или логической 1, на выходе получается логический нуль. И только когда оба входных сигнала соответствую логическому нулю: A=0 и B=0, то A NOR B=1.

16 Возможности по исследованию нанообъектов и принцип действия просвечивающей электронной микроскопии.

Метод просвечивающей электронной микроскопии позволяет изучать внутреннюю микро- и нано-структуру исследуемых материалов, в частности:

• определять тип и параметры кристаллической решетки матрицы и фаз путем анализа дифракционных картин; полученных с площади образца от десятков микрометров до нескольких нанометров;

• определять ориентационные соотношения между фазой и матрицей;

• изучать строение границ зерен;

• определять кристаллографическую ориентацию отдельных зерен, субзерен;

• определять углы разориентировки между зернами, субзернами;

• определять плоскости залегания дефектов кристаллического строения;

• изучать тип, плотность и распределение дислокаций;

• изучать процессы структурных и фазовых превращений в материалах в диапазоне температур от -190^оС до 1000^оС;

• изучать влияние на структуру конструкционных материалов технологических факторов (прокатки, ковки, шлифовки, сварки и т.д.);

• определять локальный химический состав материалов, строить карты распределения химических элементов на интересующих участках;

• производить количественный анализ объемной плотности исследуемых объектов микроструктуры (дефектов кристаллической решетки, пор, наноразмерных включений и т.п.).

ПЭМ работает по схеме проходящих электронных лучей в отличие от светового металлографического микроскопа, в котором изображение формируется отраженными световыми лучами. Источник света в электронном микроскопе заменен источником электронов, вместо стеклянной оптики используются электромагнитные линзы (для преломления электронных лучей).

ПЭМ состоит из электронной пушки-устройства для получения пучка быстрых электронов и системы электромагнитных линз. Электронная пушка и система электромагнитных линз размещены в колонне микроскопа, в которой в процессе работы микроскопа поддерживается вакуум 10^-2-10^-3Па.

Принципиальная оптическая схема ПЭМа

В электронной пушке 1 катод - раскаленная вольфрамовая нить испускает электроны, которые ускоряются на пути к аноду мощным электрическим полем, проходят через отверстие анода.

Полученный узкий интенсивный пучок быстро летящих

электронов вводится в систему электромагнитных линз электронного микроскопа.

После фокусирования двухступенчатой электромагнитной линзой (конденсором) 2

электронные лучи, проходя через объект 3, рассеиваются и далее фокусируются

объективной линзой 4, формирующей первичное изображение 5 просвечиваемой электронами части объекта. Объективная линза дает увеличение примерно в 100 раз. Следующая за объективной промежуточная линза перебрасывает промежуточное изображение с небольшим увеличением (обычно до 10 раз) 6 в предметную плоскость проекционной линзы 7, а проекционная линза формирует окончательное сильно увеличенное изображение (проекционная линза дает увеличение до 100 раз). Таким образом, общее увеличение электронного микроскопа может достигать 100 000 раз.

17 Возможности просвечивающей электронной микроскопии. Методы ПЭМ, подготовка образцов, метод реплик.

Метод просвечивающей электронной микроскопии позволяет изучать внутреннюю микро- и нано-структуру исследуемых материалов, в частности:

• определять тип и параметры кристаллической решетки матрицы и фаз путем анализа дифракционных картин; полученных с площади образца от десятков микрометров до нескольких нанометров;

• определять ориентационные соотношения между фазой и матрицей;

• изучать строение границ зерен;

• определять кристаллографическую ориентацию отдельных зерен, субзерен;

• определять углы разориентировки между зернами, субзернами;

• определять плоскости залегания дефектов кристаллического строения;

• изучать тип, плотность и распределение дислокаций;

• изучать процессы структурных и фазовых превращений в материалах в диапазоне температур от -190^оС до 1000^оС;

• изучать влияние на структуру конструкционных материалов технологических факторов (прокатки, ковки, шлифовки, сварки и т.д.);

• определять локальный химический состав материалов, строить карты распределения химических элементов на интересующих участках;

• производить количественный анализ объемной плотности исследуемых объектов микроструктуры (дефектов кристаллической решетки, пор, наноразмерных включений и т.п.).

• Методы просвечивающей электронной микроскопии:

• Прямой, полупрямой и косвенный.

• Прямой метод – в качестве образца используется тонкая металлическая пленка (фольга) прозрачная или полупрозрачная для электронов, что предоставляет наиболее полную информацию о структуре объекта.

• С помощью микродифракционного анализатора можно определять ориентацию и разориентированность кристаллитов. По спектру энергетических потерь электронов, прошедших через изучаемый объект, можно проводить локальный химический анализ элементов, включая легкие (бор, углерод, кислород, азот).

• Косвенный метод – исследование тонких реплик (толщиной 10 нм), получаемых с поверхности образца. Реплику создают напылением в вакууме на поверхность образца пленки углерода, кварца, титана или др., а также легко отделяемые оксидные пленки (например для меди), получаемые оксидированием поверхности. Для углеродных реплик достижимо разрешение в несколько нм.

• Двухступенчатая реплика – реплика на реплику.

• Рисунок – изготовление реплики: а – образец, б – реплика с образца.

• Полупрямой метод – исследование гетерофазных материалов. Например, основная фаза (матрица) изучается с помощью реплик (косвенный метод), а частицы, извлеченные из матрицы в реплику, исследуют прямым методом.

• В связи с тем, что обычные микрошлифы для исследования структуры металлов и

• сплавов с помощью просвечивающего электронного микроскопа непригодны,

• необходимо приготовлять специальные очень тонкие, прозрачные для электронов,

• объекты. Такими объектами являются реплики (слепки) с поверхности хорошо

• отполированных и протравленных микрошлифов (косвенный

• метод электронномикроскопических исследований металлов и сплавов) или

• металлические фольги, полученные путем утонения исследуемых массивных

• образцов (прямой методэлектронномикроскопических исследований).

• Рис. 2. Схема получения электронномикроскопических препаратов (реплик

• Реплика должна полностью воспроизводить рельеф поверхности микрошлифа.

• Схема воспроизведения рельефа поверхности микрошлифа репликой показана на

• рис. 2. Толщина реплики должна быть порядка 0,01 мкм. Реплики могут быть

• одноступенчатыми (слепки непосредственно с исследуемой поверхности) или

• двухступенчатыми (сначала получают отпечаток поверхности, на который наносят

• реплику, копирующую рельеф поверхности первого отпечатка).

• Одноступенчатые реплики приготовляют путем распыления вещества (углерода,

• кварца, титана и других веществ) в вакуумированной испарительной камере

• (в ВУПе) и осаждения его на поверхность шлифа. Для изготовления углеродных

• реплик на поверхность шлифа в испарительной камере напыляют уголь с

• угольных стержней, нагретых пропусканием тока. Пары углерода конденсируются

• на поверхности шлифа, и образуется тонкая углеродная пленка (реплика).

• Полученные путем распыления вещества реплики позволяют воспроизводить даже

• самые мелкие детали рельефа поверхности исследуемого образца.

• В качестве реплики для ряда материалов (алюминия и его сплавов, меди и др.)

• можно использовать оксидную пленку, которая создается на подготовленной

• поверхности образца путем анодирования в соответствующем растворе.

• Применяют также лаковые реплики, которые получают нанесением на

• поверхность шлифа тонкого слоя лака (4%-ного раствора коллодия в амилацетате).

• 2Рис. 3. Изображения стыка трех зерен, полученные с помощью ПЭМ на

• двухступенчатой реплике (а) и на фольге (б).

• При изготовлении двухступенчатой реплики (рис. 3,а) в качестве материала для

• первой ступени можно использовать, например, отмытую от фотоэмульсии

• фотографическую или рентгеновскую пленку. Ее размягчают в ацетоне и

• накладывают на исследуемую поверхность образца под некоторым давлением.

• После высыхания такой отпечаток осторожно механически снимают с

• поверхности и на полученный оттиск напыляют в вакууме определенное вещество,

• например, углерод. Затем подложку (фотопленку) растворяют в ацетоне, а реплику

• промывают и подвергают исследованию.

• Наибольшую информацию о структуре металла дает прямой метод

• электронномикроскопического исследования, когда объектом исследования

• служит тонкая металлическая фольга (рис. 3,а).

• Фольгу чаще всего приготовляют следующим образом. Из образца, подлежащего

• изучению, вырезают круглую заготовку диаметром 3 мм и толщиной 0,2-0,3 мм,

• которую затем утоняют шлифованием до 0,1-0,15 мм. Окончательное утонение

• пластинки осуществляют химическим или электролитическим (наиболее частый

• случай) полированием в подходящем реактиве (по химическому составу,

• температуре). Подготовленную пластинку погружают в электролит в качестве

• анода. Катодами служат две металлические пластинки, расположенные по обе

• стороны от образца (фольги). Электрополирование, при оптимальном

• соотношении тока и напряжения, продолжают до появления в центральной части

• полируемой пластинки одного или нескольких небольших отверстий (диаметром

• 0,2-0,8 мм). По краям таких отверстий участки фольги получаются наиболее

• тонкими и могут быть использованы для просмотра в электронном микроскопе.

18 Рентгеновская энергодисперсионная спектроскопия, использование для анализа наноразмерных объектов, разрешающая способность метода.

Характеристики

Список файлов лекций