нанотрубки (557057), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Транзистор В!<лючастся при )'< 1 В. Известны варианты транзисторов с элсктропной и дырачнай прОВадиыастью. В рабата (41 ГгриВсдсна ВАХ канальнОГО транзистора. При Г',„= -0,6 В измонснис И, = — 1,б ...-ь 0,3 В привадит к падению тока иа шесть порядков. При изменении напряжении )>» = 0...-1,б В и Р, = -0,1...— 1,1 В ток увеличивается от 0,3 да 3,4 мкА.
Сравнение параметров УНТ полевого транзистора и крем. нисВОГО, таюкс ВыполненноГО с Всрхним затВором, Оказалась в пользу первого. Отмечено, что УНТ позволяют на порядок увеличить подвил<ность электронов 14). Кроме применения затворов из сильнолсгированного кремния н металла в паленом транзисторе с многослойной УНТ и верхним расположением затвора предложено выполнять последний в виде элсктрохимической ячейки. Имеется микропипстка со стеклянным капилляром на одном конце, через который на УНТ наносили каплю электролита 1!С!Ос размером до ! ОО мкм в концентрации 1...
...50() мкМ (М вЂ” молнрност!к число грамм-молекул растворсннога вещества, содержащегося в 1 л раствора) (10]. Противоположный конец пипетки через платиновый провод и отрицательный вывод Вегас>НИ«В Паетанииата тОКа СВНЗВН С ОДНИМ ИЗ ЗОЛОТЫХ ЭЛС«тРОДОВ нв конце УНТ. При подаче напряжения )> на эле«тролит на границе ,!ежду электролитом и УНТ появляется двойной слой, емкость козерога велика из-за малой толщины. Состав слоя в работе 110) не указан, Са стороны электролита со слоем контактируют положительно заряженные ионы жидкости, а со стороны УНТ вЂ” электроны. Использование положительных ионов жидкости в качестве затвора эффективнее (в 200 раз) по сравнению с кремнием. В жстности, при Р, = 0 и равенстве сопротивлений УНТ в транзисторах с двумя разными затворами (жидкостным и кремниевым) прон>водные <й (Г(Г; различаются на два порядка, С увеличением Г", относительно нуля сапротивлснис транзистора возрастает, Если затвор кремниевый„сопротивление продолжает расти до разрушения транзистора прн ВО В, а если затвор представляет собой электролитнческую ячейку, оно достигват максимума при 1 В.
Далее начинае<сн спад, свпдстсльстнующий о смене дырочной проводимости на зле«тронную. Отмечено„что элсктрохил!Ичсскан ячейка с УНТ является самым малсньким сенсаром для детектирования ионов в окружающей среде (10). В полевом транзисторе на металлической УНТ реализуются эффвлты туннельного переноса элсктронов чсрсз нанотрубку по отдельным молекулярным арбиталям (одноэлектронным уров>им)— рис. 29, о.
Электронный спектр УНТ длиной 1 мкм расщеплен, а нс нслрерывсн, как показано на рис. 29. 6, интервал между уровнями 1 !ОВ. При температура нижс 1 К проводимость металлической УНТ обусловлена туннслированисм электронов с верхнего заполненного уровня катода на проводящий дискретный уровень нанотрубки, а затем на нижний незаполненный уровень анода. В пределах УНТ электрон туннелируст практически без рассеяния за счет язлс«тронных состоян>ш, дслокалнзаванных по всей длине нано- трубки. Для обсспечснин высокой металлической проводимости в злсктричсской цепи между УНТ и электродам выполняют «подгон«у» уровней Ферми электродов к энергии проводящего уровня УНТ.
ПРН ПОДас!С ЭЛС!ГГРИ !СС1<ОГО ПОТСНЦИВЛВ На ЗВТВар НВЛОХ<СНИС ВНСШ- него электрического поля смешает электронный уровень УНТ, и сс солротнвлснис возрастает. При низкой температуре и увеличении о,о ~. о,оа Ь к! Я 0,02 О о о,оо Анод На«око!ока Катод -з -г -! о ! г з о! К„на металлических УНТ отмечено квантование проводимост„ (ступенчатое возрастание тока), Кюкдый скачок проводимости сви- детельствует о появлении очередного делокализованного уроввд, УНТ в интервале между уровнями Ферми катода и анода 1101.
Рпс, 29, Полевой транзистор на металлической УНТ: а — схеьа переноса аде«тронов; б — зависимость проводимости цепи от потенциала затвора Поскольку при комнатной температуре описанное расщепление уровней не сказывается на электропроводности УНТ ЯТ = = 0,025 эВ), длл повышен!и рабочей температуры транзистора на металлической УНТ в ней создают «островок» с границами из дефектов (туннельных барьеров), образованных, например, острием АСМ.
Расстояние между дискретными уровнями электронного спектра «островка» составляет 38 мэВ. Энергия для добавления электрона на «островок» из-за действия кулоновской блокады составляет 120 мэВ, что много больше энергии, соответствующей комнатной температуре. Проводимость такой системы при комнатной температуре становится зависимой от Г,н. При росте );е, определяющем интервал между уровнями Ферл!и катода и анода, растет число проводящих дискретных электронных уровней «островка»,попадающих в этот интервал, а следовательно, растет проводимость [10!. Существует мнение, что транзисторы на полупроводниковой у(1Т технологически менее предпочтительны, чем транзисгоры на к!етаячнческих УНТ, поскольку их электрические свойства чувставтельны к геометрической форме, структурным дефектам и прп„!есям, сапутству!ощиы производству УНТ! 10(.
гТ«гкг1кес«кгв к"кан«лгпм п«УНТ. Достоинства электронных логических элементов на УНТ обусловлены применением полевых транзисторов с разлик!ныы типОм п)юво„замости, Это поз»оп!!ст конструнровжгь ко!лгпт«лтколк!но (подходящие как ключ к замку) мркл>рощине ущири!!етпа, которые погреб!!я!от меньше энсрпщ и работают при более ьп!эких напрвкс!елях, чюм уппккояяриы«(с одопп типом проводимости). !'пс. 3!!.
Инвсргор напряжения п«У(РР В пнвсрторс пппрнжсни» полуироводнико»ан о;пюслойноя УНТдпаз!ютроа! !.4 пм и с ишрпной запрещенной зоны 0.0 зВ рпзяещена на и«проводящей «рсмннювой подложке. покрытой топ«ил! своем ЙО!. в конта«ге с тремя лоло!!!ап!:!.!сктрогпкап! (рис ЗО). Одна часть УНТ входит в состав полевого транзистора с дырочнай проводимостью (р-тип), а другая — полевого транзистора с элект. раиной повадимостью (и-типа). При подаче на вход инвертора (за.
твор) потенциала !» одного знака снимают на выходе (сроднил; электрод) потенциал !'„,„я противоположного знака. Лсвьп! и пра вый электроды используют для подачи напрюксния смещения ~;.„ Положительные значения Р; способствуют прохождсншо тшш чс. рез УНТ гг-тллпа из-за роста в ней концонтрации свободных элок. тронов и подавляют ток в УНТ р гипа из-за уменьшения концеи.
трации свободньгх дырок. Действие отрицатсльнага потенциала )», протнвопала>кно. При );« =+! В напрюкенис на выходе по мад). лю больше напряжения на входе, т. е. коэффициент усиления больше единицы. Приняв положительное значение потенциала за логическую единицу, а отрицательное — за логически»1 нуль, по. лучают логический затвор НЕ, Вся логическая функция пнвсртора закодирована на длине одной УНТ. Различия в типах проводимости частей УНТ получают насыщением одной ее части, входящей в состав транзистора л-типа, парами каллля или подвергая атжигу в вакууме при 700 'С в тсчслплс ! 0 мии.
Другую часть УНТ иа время легнрования закрывают полимерной пленкой РММА, Эта часть УНТ, являясь изначально полупроводниковой, остается обладающей дырачной провадимастыа. При о пкигс проводимость изменяют с дырачной на элсктроннуло по всей УНТ, Затем, закрывая пленкой часть УНТ, входящую в состав транзистора л-типа, на остальную действуют в течение 3 мин кислородом пад давлением О,!33 Па, обеспечивая смену проводимости на дырачную.
Действие отжита связывают с удалением кислородной примеси с металлических электродов истока и стока, приводящим к снижению барьеров для прохождении электронов в канал транзистора. Разновидностью отжита монлно считать нагрев транзисторов подачей в течение 5 мин при давлении 0,133 Н)" Па высокого напряжения: на затвор — 40 В, в цепь «исток — стока — 20 В Выход УНТ составляет 50 %. Механизм такого отнлига связывают с дссорбцией молекулярного кислорода из-за нагрева (! 0 !.
При конструировании функциональных электронных схем на полевых транзисторах с применением УНТ на одной подложке стремятся разместить как можно больше элементарных электронных устройств. В компановке чипа используют паибодсс скорасг вме канальные транзисторы, в которых полупроводником служат однослойные УНТ, а затвор (верхний [4) или нин<ний [10[) — мсталлнческилл (А! [4,. 101 или Т( [4!). В качестве изолирующего слоя врименяют А1 О> [10) или Б!О> [4!.
Особенностью этих транзистаРся, называемых аиблнолярлыигг из-за смены типа проводимости, является резкое падение тока с уменьшением напра>кения !», по лгодулю в области отрицательных напрюкений, примыкающих к лусио, Далее наблюдается отсутствие тока в области нулевого значения К и резкий рост тока па море увеличения Г, в положитсдьясй области. Эти изменения тока свидетельствуют а смещении уровня Ферми УНТ сначала из валентнай зоны в запрещенную, а затем в зону проводимости; при этом дырачная проводимость меняется на электронную, Возможность смены типа проводимости связывалот с наличием нанамстраваго изалирулощсга слав [ ! 0 [, Для реализации «ле«рлюра на основе амбиполярного транзистора в цепь !»я„включали резистор с сопротивлением 100 МОм.
При !"ж = -1,5 В сопротивление УНТ ллснылс сопротивления резистора, поэтому !"„,„, = 0 В. Это логический нуль. При К„яя = 0 В солративлснне УНТ велико и !'„,, = — 1.5 В. Эта полз»ческая единица, Соединением двух амбиполярных транзисторов р- и л-тллпа получен пнвсртар с хорошим откликом !'„,,„при 1;,= -2...-3 В (1;„,./!»„, > 3) и коэффициентам усиления 4 (рис. 31), га -3 я -2 О 0 — 1 -2 -3 -4 -5 Ки (и) Рис. 3!. Схема сасдшюиия в пивсрторс и связь между напряжением нв входе и аыхадс ();„'= -5 В) ч3 Логические элементы получали соединением таких половых транзисторов на чипе, связанном с внешним источником. Например на чипе размерами 4х 4 мм размещают около сотни полевых трав.
зисторов на УНТ обоих типов проводимости. При изготовлении УНТ для таких транзисторов методам СУП на чипе из б!Оз фогели„ тографически определяли места роста УНТ, а под слой внедряли вольфрамовую проволоку — будущий затвор (10). При объединв нии от двух да трех описанных инвсрторов на одном чнпс были по. лучены комплементарные логические элементы ИЛИ-НЕ„ИЛИ И И-НЕ. Для функционирования первых трех элементов требуется рабочее напряжение Рс, = -1,5 В, для последнего элемента ~;.„= = -2 В.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
