автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Формирование и исследование электрофизических свойств планарных структур на основе углеродных нанотрубок

На правах рукописи

Бобринецкий Иван Иванович :

•VI}

ФОРМИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПЛАНАРНЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

Специальность 05.27.01 - твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва - 2004

дан

На правах рукописи

Бобринецкий Иван Иванович

ФОРМИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПЛАНАРНЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

Специальность 05.27.01 - твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2004

Работа выполнена в учебно-научном центре «Зондовая микроскопия и нанотехнология» Московского государственного института электронной техники (технического университета)

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук,

профессор Неволин В.К.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

доктор технических наук, профессор

Шевяков В.И. Кривоспицкий А.Д.

Ведущая организация:

НИИ физических проблем им. Ф.В. Лукина

Защита состоится 2004 года

в часов %0 минут на заседании диссертационного совета Д.212.134.01 при Московском государственном институте электронной техники (техническом университете) по адресу: 124498, Москва, Зеленоград, проезд 4806, д.5

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИЭТ

Автореферат разослан 2004 года

Ученый секретарь диссертационного совета: доктор технических наук, /

профессор ц..VI " "^еустроев С. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Технологии современной электронной промышленности вплотную подошли к предельным размерам стандартной микроэлектроники. Дальнейшие перспективы кремниевой технологии связаны только с уходом в частотный диапазон выше терагерц. Решения данного вопроса приводят разработчиков к совмещению традиционной технологии и новых материалов.

В последние годы наиболее бурно развивается направление, основанное на создании и использовании нанотрубок в качестве активных элементов электроники. В зарубежных публикациях постоянно появляются работы, связанные с обнаружением новых свойств или созданием уникальных приборов на основе нанотрубок. В области электроники ведутся работы по созданию замещающих элементов и аналогов диодов на основе р-п переходов и МДП транзисторов.

За последние десять лет сформировалось несколько десятков крупных научных групп, деятельность которых всецело направлена на изучение свойств нанотрубок. Результаты экспериментальных и теоретических расчетов данных групп тесно переплетаются и коррелируют с результатами, полученными в исследовательской работе автора. Примечательно, что один из важнейших результатов данной диссертационной работы, связанный с предложением по применению сеток углеродных нанотрубок в активных элементах в качестве очередного шага к интегральной углеродной электронике, появился одновременно с аналогичной работой группы Хакани (Khakani M.A.E1., YiJ.H. The nanostructure and electrical properties of SWNT bundle networks grown by an 'all-laser' growth process for nanoelectronic device applications. Nanotechnology. 2004. V. 15. p. S534-S539).

Необходимость разработки надежной и воспроизводимой технологии формирования структур на основе нанотрубок, всестороннего изучения параметров функционирования, а также усовершенствования методов зондовой микроскопии для исследования объектов наноэлектроники при решении более широкого круга задач определяет актуальность данной диссертационной работы.

Цель работы и задачи

Целью диссертационной работы являлась разработка методик формирования планарных элементов наноэлектроники на основе

материала углеродных нанотрубок, исследование их электрофизических

свойств и создание макетов функциональных устройств на их основе.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

— определить набор параметров и свойств, характеризующих особенности функционирования углеродных нанотрубок в элементах наноэлектроники;

— разработать метод осаждения с наибольшей концентрацией на подложке нанотрубок, полученных в различных технологических процессах;

— провести выбор параметров работы атомно-силового микроскопа для наблюдения адсорбированных на поверхности нанообъектов;

— усовершенствовать емкостные методы зондовой микроскопии для неразрушающего контроля элементов наноэлектроники;

— изучить механические свойства нанотрубок на различных подложках;

— разработать технологический маршрут формирования структур для исследования электрофизических свойств нанотрубок;

— исследовать проводимость и полевой эффект в структурах на основе нанотрубок и их пучков;

— провести анализ механизмов электропроводности в нанотрубках.

Научная новизна работы

— Доказано наличие нанотрубок, в том числе ветвящегося типа в материале, полученном методом холодной деструкции графита.

— Найдена зависимость размеров изображений нанотрубок, полученных в атомно-силовом микроскопе, от геометрических размеров кантилевера с учетом действия сил Ван-дер-Ваальса со стороны подложки.

— Предложена методика сканирующей емкостной микроскопии, учитывающая эффект возникновения индуцированного электрического поля в проводящих нанообъектах на диэлектрических подложках.

— Установлены закономерности модуляции проводимости планарных структур на основе углеродных нанотрубок.

— Выявлены закономерности передаточных и усилительных характеристик инверторов на основе сеток пучков углеродных нанотрубок с различной нагрузкой.

Достоверность научных положений, результатов и выводов Полученные экспериментальные результаты и разработанные методики подтверждаются известными теоретическими моделями. Опубликованные результаты так или иначе повторяют некоторые экспериментальные результаты других авторов.

Теоретическая значимость исследования состоит в выявлении закономерностей проводимости планарных структур на основе материала углеродных нанотрубок. Основные положения и выводы, содержащиеся в диссертации, могут быть использованы при дальнейшем развитии теории электронного транспорта элементов на основе углеродных нанотрубок в условиях микроэлектронной технологии.

Практическая значимость исследования состоит в том, что полученные результаты могут быть применены в процессе создания новой элементной базы наноэлектроники. Кроме того, результаты исследования могут быть использованы в преподавании курсов «Основы зондовой микроскопии» и «Основы зондовых нанотехнологий».

Основные научные положения, выносимые на защиту

1. Предложенная модель взаимодействия углеродной нанотрубки с зондом кантилевера позволяет повысить достоверность деконволюции формы острия зонда.

2. Разработанная методика микроскопии индуцированного электрического поля позволяет проводить неразрушающий контроль физических свойств структур на основе углеродных нанотрубок.

3. Предложенные обоснования переноса заряда в низкоразмерных структурах качественно подтверждают полученные в работе экспериментальные закономерности электрических характеристик структур на основе углеродных нанотрубок.

4. Реализованные элементы на основе сеток пучков углеродных нанотрубок р-типа проводимости могут выполнять функции инвертора напряжения.

Апробация работы

Материалы диссертации были представлены на следующих конференциях, семинарах и конкурсах научных работ:

— VIII всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика-2001» (Москва, 2001);

— Конкурс научных работ «Физического учебно-научного центра «Фундаментальная оптика и спектроскопия» ФИАН (Москва, 2001);

— "Nano and giga challenges in microelectronics research and opportunities in Russia" symposium and summer school (Moscow, 2002);

— IV Международная научно-техническая конференция «Электроника и информатика - 2002» (Москва, 2002);

— IX всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика-2002» (Москва, 2002);

— II всероссийская научно-техническая дистанционная конференция «Электроника» (Москва, 2003);

— V всероссийская молодежная конференция по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике (Санкт-Петербург, 2003);

— II Russian-Japanese seminar "Perspective technologies, materials and equipments of solid-state electronic components" (Moscow, 2004);

— XI всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2004» (Москва, 2004).

Публикации

Основные результаты исследования, проведенного соискателем, изложены в 18 печатных источниках, опубликованных в отечественной и зарубежной литературе. Также соискателем опубликовано в соавторстве 12 работ, косвенно относящихся к тематике вынесенных на защиту положений.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка сокращений, списка литературы и приложения. Диссертация изложена на 144 страницах, из которых 116 составляет основной текст работы, включает 78 рисунков и 5 таблиц. Список литературы содержит 129 источников, включая 30 работ с участием автора.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе представлен обзор основных параметров, характеризующих свойства нанотрубок, описаны методы их получения и рассмотрены исторические этапы исследования электрических свойств нанотрубок.

В 1991 году была обнаружена ранее неизвестная ГО форма углерода: длинные нанообразования, названные «нанотрубками». Данные структуры состоят из сетки атомов углерода, расположенных в форме гексагонов, и могут рассматриваться как цилиндр, скрученный из планарной графитовой плоскости под произвольным углом (углом хиральности).

Одиночная трубка обычно называется однослойной нанотрубкой (ОСНТ). Нанотрубки, состоящие из коаксиальных графитовых цилиндров, с расстоянием между слоями 0.34 нм, называются многослойными нанотрубками (МСНТ).

Расчеты зонной структуры предсказывают, что диаметр и угол хиральности полностью определяют электрические свойства ОСНТ, которые могут иметь проводимость металлического либо полупроводникового типа.

Основными методами получения нанотрубок являются: метод термического разложения графита в дуговом разряде, метод химического осаждения из газовой фазы, метод лазерного испарения графита.

Метод плазмохимического осаждения из газовой фазы основан на том, что углеродсодержащее газообразное вещество подвергают воздействию высокоэнергетического источника и расщепляют молекулу на реакционно-активный атомарный углерод. Рост нанотрубок происходит на подложке, покрытой катализатором ^е, Со, № и др.), при осаждении углерода. В зависимости от диаметра частиц катализатора могут расти исключительно ОСНТ либо МСНТ.

При испарении смеси углерода и переходных металлов лазерным лучом из мишени, состоящей из сплава металла с графитом, происходит синтез преимущественно ОСНТ.

В работе представлены исследования углеродного наноматериала, полученного как отработанными методами, описанными выше, так и сравнительно новым и мало изученным методом холодной деструкции графита. Изготовление углеродной смеси, предположительно содержащей нанотрубки, производят путем химической обработки

исходного графитсодержащего сырья галоген-кислородным соединением (например, НСЮ4) с образованием инициирующих комплексов. Инициирующие комплексы вводятся в межслоевые пространства графита, инициируется их взрывообразное разложение и происходит разрыв не только ван-дер-ваальсовых, но и ковалентных связей. В результате образуется углеродная смесь с высокой химической активностью.

Проведен анализ методов исследования нанотрубок на основе просвечивающей электронной микроскопии, сканирующей туннельной и атомно-силовой микроскопии.

Проведен обзор исследований электрических свойств, который показал, что нанотрубки имеют постоянное удельное сопротивление, и устойчивы к протеканию больших плотностей тока.

Во второй главе представлены результаты разработки методик визуализации и механической модификации углеродных нанотрубок и структур на их основе в атомно-силовом микроскопе.

Проведен выбор наилучшего метода осаждения для нанотрубок, полученных в различных технологических процессах, а также определен набор параметров работы микроскопа при наблюдении низкоразмерных объектов, адсорбированных на подложках.

В процессе исследования были рассмотрены следующие образцы углеродного материала:

S материал, полученный методом холодной деструкции графита (материал №1);

S ОСНТ, полученные методом лазерной абляции графита (материал №2);

S МСНТ, полученные каталитическим пиролизом углеводородов на

воздухе (материал №3); S ОСНТ и МСНТ, полученные в непрерывном процессе пиролиза метана (материал №4).

Результаты исследования данных материалов сведены в табл. 1. В графе характерных размеров указаны предельные величины длин (L) и высот (Н) нанотрубок, которые были измерены при анализе статистически большого количества изображений, полученных в атомно-силовом микроскопе (ACM COJIBEP-P47). Концентрация нанотрубок характеризуется площадью поверхности подложки, на которой размещается одна нанотрубка.

Таблица 1

Данные АСМ измерения углеродных нанотрубок_

Материал №1 №2 №3 №4

Исходные данные ИК-спектр нанотрубок Пучки ОСНТ (ПЭМ) мент (ПЭМ) МСНТ и ОСНТ (ПЭМ)

Ь (ПЭМ), мкм Диаметр,нм 5-20 2-10 Э2 10-20

20-60 и 1.5

Метод нанесения Растворение в воде. Высыхание на воздухе 2.5-3 часа Ультразвук 5 часов в изопропиловом спирте.10 мин в насыщенной спиртовой атмосфере Диспергирование сухой смеси воздушной пушкой Ультразвук 10 часов в изопропило-вом спирте. 10 мин в насыщенной спиртовой атмосфере

Размеры (АСМ) Ь, мкм Н, нм 0.1-10 2-15 4-8 1-30 0.5-4 10-50 5-15 1-30

Площадь, 2 мкм 100 0.125-0.25 0.5-1 0.07-0.1

Показано, что критическим параметром при обнаружении нанотрубок (рис. 1) и манипулировании ими является выбор типа кантилевера. Наименьшее число артефактов изображений и «затяжек», связанных с негармоническими возмущениями, получено при сканировании сеток нанотрубок (рис. 16, г) в контактном режиме кантилеверами с низкой силовой константой (Рг= 10-30 кГц, к=0.05-0.3 Н/м). Наименьшая доля удаленных нанотрубок в процессе сканирования образцов материалов №1 (рис. 1а) и №3 (рис. 1в) наблюдалась при использовании кантилеверов с высокой силовой константой (Бг=250-400 кГц, к=20-60 Н/м) в полуконтактном режиме.

Подробно рассмотрены причины, вызывающие изменение поперечных размеров на АСМ-изображениях нанотрубок. Несмотря на то, что нанотрубки взаимодействуют с подложкой посредством сил Ван-дер-Ваальса, упругая результирующая деформация оказывается существенной (особенно для трубок большого диаметра). Кроме того, величина упругой деформации зависит от количества слоев МСНТ.

Упругую деформацию можно объяснить повышением энергии связи при увеличении площади контакта нанотрубки с подложкой.

Рис. 1. АСМ-изображения нанотрубок из материалов а) - №1, б) - №2, в) - №3, г) - №4

Результирующий профиль нанотрубки, адсорбированной на подложке, будет определяться суперпозицией энергий деформации и молекулярного притяжения. Энергия деформации может быть определена при численном расчете искривления нанотрубок на локальных неоднородностях, если известны диаметр и модуль Юнга нанотрубки. Для МСНТ (материал №2), диаметр которых равен 15±5нм, оценки энергии связи дают величину 8±3 эВ/нм. Важным следствием довольно большой величины энергии связи является стремление нанотрубок к искривлению и повторению топографии подложки.

Проведен расчет размеров результирующего АСМ-изображения нанотрубок с учетом конечных размеров иглы. В работе игла рассматривается как конус, оканчивающийся сферой радиусом Я. Подробно рассмотрено влияние иглы на измерение ширины и* двух структур (см. рис.2): полусферы с шириной м^ =Ал/3 (ширина на

полувысоте), что в эксперименте может быть интерпретировано, как ОСНТ диаметром меньше 4 нм или полностью заполненная МСНТ; прямоугольной полосой с шириной \Vs~ah (аппроксимация ОСНТ

4 нм) где а -число

высот к в реальной ширине

Рис. 2. Результирующий АСМ-профиль при сканировании сферы и полосы

Для системы, состоящей из иглы и полусферы, ширина АСМ-изображения может быть вычислена следующим образом (Корнеев Н.В. Формирование и электрофизические свойства двухэлектродных планарных элементов наноэлектроники. Кандидатская диссертация. Москва. 2001.107 с):

Для системы, состоящей из иглы и полосы, видимая ширина вычисляется как

По формуле (1) можно оценить радиус кривизны острия иглы по известным размерам изображения нанотрубки: для нанотрубки на рис. 3 Я=16 нм, что согласуется с техническими требованиями к промышленно выпускаемым кантилеверам.

Таким образом, показано, что нанотрубки с априори известными геометрическими размерами могут служить тестовым образцом для определения радиуса закругления острия кантилевера.

Исследования силы взаимодействия с подложкой проводились методом микромеханического планарного зондового манипулирования в контактном режиме, когда величина силы, с которой действует зонд на подложку, равна 10-100 нН.

к<К.

(1)

(2)

а б

Рис. 3. Трехмерное изображение нанотрубки (а) и ее сечение (б)

Показана возможность как передвижения нанотрубок (рис. 4, нижняя МСНТ), так и их разрыва (рис. 4, верхняя МСНТ) в процессе зондового манипулирования в контактном режиме.

Рис. 4. Вид двух МСНТ на золотых электродах до (а) и после (б) микромеханического планарного зондового манипулирования

Оценка прочности на разрыв МСНТ показывает что, давление, оказываемое в этот момент на нанотрубку со стороны кантилевера, должно превышать 10-60 ГПа.

Предложен метод удаления «лишних» каналов при формировании проводников с заданной проводимостью как дополнение к методу, при котором нанотрубка передвигается к подводящим контактам.

На рис. 5 показан пример передвижения нанотрубки к подводящим электродам. Задав вектор движения от свободного конца ко второму золотому электроду (рис. 5а), кантилевер микроскопа перемещается в контактной моде. Результирующее положение нанотрубки, при котором возможно измерение электрических свойств показано на рис. 56.

Рис. 5. Создание электрического контакта между нанотрубкой и электродом: (а) до и (б) после микромеханического передвижения

Предложена методика контроля нанометровых объектов на диэлектрических подложках с использованием микроскопии индуцированного электрического поля (МИЭП) (рис. 6). Суть методики состоит в том, что в электрическом поле нанообъекты поляризуются по-разному, в зависимости от своей природы. Проводящие наноструктуры поляризуются так, что электрическое поле внутри них равно нулю, и происходит наиболее сильное искажение внешнего поля вокруг нанообъекта.

Рис. 6. Упрощенная модель работы микроскопа в режиме емкостной методики (а), вид электрического поля (б), зависимость продольной компоненты напряженности электрического поля от горизонтального положения иглы над проводником (с) Расчет электрического поля проведен в модели конденсатора, одна из обкладок которого является неограниченной плоскостью с

потенциалом ф?г=0 В, вторая обкладка рассматривается как точечный потенциал (ршт=<ро+ф|8ш(ю/). Исследуемый образец является внесенным в зазор между обкладками изолированным проводником конечной толщины (рис. 6а).

Проведен численный расчет величины напряженности электрического поля вблизи поверхности проводящего зонда кантилевера с использованием программы моделирования двухмерных полей методом конечных элементов ELCUT (рис. 66). Основную роль в отклонении балки кантилевера играет продольная компонента электрического поля (рис. 6с).

Разработаны тестовые образцы на основе металлических и диэлектрических структур, на которых получены результаты, подтверждающие расчет поведения электрического поля.

Приведены экспериментальные результаты по апробации методики на нанообъектах. На рис. 7 показан участок 7x7 мкм2 с углеродной нанотрубкой на золотых электродах. Шаг сканирования равен 46 нм. Острый кантилевер (рис. 7а) не способен обнаружить нанотрубку, находящуюся в центре области, из-за большого шага сканирования и малого диаметра нанотрубки (~1 нм).

а) б)

Рис. 7. Топография (а) и картина изменения амплитудного контраста в индуцированном электрическом поле (б) участка с нанотрубкой (радиус кантилевера R~10 нм)

При сканировании кантилевером с большим радиусом закругления нанотрубка визуализируется на топографии (рис. 8а), однако при этом разрушаются силы Ван-дер-Ваальса и нанотрубка начинает перемещаться по полю сканирования.

Показано, что данного эффекта можно избежать, если одновременно с регистрацией топографии, использовать режим

измерения индуцированных электрических сил со стороны проводящих объектов, в том числе и нанотрубок (рис. 2.76 и 2.86). При этом не нарушается положение слабо связанных объектов на подложках, что особенно важно при исследовании и создании элементов наноэлектроники.

а) б)

Рис. 8. Топография (а) и картина изменения амплитудного контраста в индуцированном электрическом поле (б) участка с нанотрубкой ^-40 нм). АА'- перемещение нанотрубки в процессе сканирования

В третьей главе описан маршрут разработки тестового кристалла для измерения электрических характеристик нанотрубок, представлены результаты исследования и анализа электрических свойств структур на основе нанотрубок.

Тестовый кристалл представляет собой проводящие дорожки Au/Ti (10/10 нм) на SiO2 (150-200 нм), выращенном на высоколегированной кремниевой пластине.

В работе были использованы две основные схемы измерения электрических характеристик структур на основе нанотрубок (рис. 9), различающиеся диапазоном измеряемых токов:

— многозондовая установка с системой оптического позиционирования и аналоговым универсальным ампервольтметром Щ68003 (V) и источником напряжения ТЕС23 (Е) (рис. 9а);

— четырехзондовый держатель, подключенный к цифровой системе измерения ВАХ на основе контроллера СОЛВЕР-Р7 (НТ-МДТ) (рис. 96).

а б

Рис. 9. Схемы измерения электрических характеристик нанотрубок для диапазонов токов 0.1-50 мкА (а) и 0.05-50 нА (б)

Приведены результаты измерения вольтамперных характеристик (ВАХ) структур на основе нанотрубок, полученных методом холодной деструкции графита (рис. 10).

Рис. 10. АСМ изображение нанотрубки на трех электродах (а) и ВАХ структуры (б) при прямом (::. о), и обратном (и, •) ходе напряжения

Показано, что характеристики совпадают только на уровнях тока, не превышающих 50 нА.

Предложено обоснование наблюдаемого гистерезиса характеристик с учетом теплового разогрева контактов между нанотрубками и золотыми электродами при коммутировании токов величиной более 50 нА.

Измерены ВАХ МСНТ на золотых электродах (рис. 11а). Показано, что в области напряжений до 2 В сопротивление структуры равно 200 МОм, при переходе в область выше 10 В дифференциальное сопротивление начинает падать и для U=28 В равно 27 МОм (рис. 116).

Рис. 11. АСМ-изображение МСНТ на золотых электродах (а) и ВАХ структуры (б)

Исследована ВАХ структур на основе пучков углеродных МСНТ длиной до 7 мкм (рис. 12а). Благодаря наличию нескольких параллельных каналов проводимости, вид ВАХ является принципиально линейным с сопротивлением 0.5-2 МОм (рис. 126).

нм' 4000 3000 2000 1000

'rrr^TZZ 4» ш «iM

а б

Рис. 12. АСМ изображение пучка МСНТ на золотых электродах (а) и ВАХ структуры (б)

Проведено исследование эффекта полевого управления проводимостью структур на основе нанотрубок и показано, что полупроводниковые ОСНТ обладают проводимостью p-типа. Вид ВАХ структур на основе ОСНТ, полученных методом лазерной абляции, имеет принципиально нелинейный вид.

Проведен анализ механизмов проводимости структур на основе углеродных нанотрубок.

Предложена модель контакта к полубесконечной металлической нанотрубке. Проводимость контакта к нескольким атомам углерода можно записать как сумму квантов проводимости с соответствующим вкладом

где - номер атома углерода, к которому присоединен идеальный контакт. Интегралы переходов ^ и представляют соответственно переход из кв К и К' состояния в идеальном контакте к НТ.

Показано, что изгиб нанотрубок на контактах может также вызывать разрушение баллистической проводимости в канале и существенно повысить дифференциальное сопротивление.

Предложена качественная модель переноса основных носителей заряда в транзисторе с барьером Шоттки на основе углеродной нанотрубки р-типа проводимости для заданного значения напряжения сток-исток и изменяющегося напряжения на затворе изи с учетом

рассеяния в канале (рис. 13).

Ч.сЦпСЧп

Рис. 13. ЙИЯЧоИЧ'ОСНТ'ЯИНВ'ИрЯЯЩре р-типа.

При уменьшении потенциала на затворе барьер Шоттки становится тоньше в области контактов стока и истока. Одновременно происходит поднятие зон в теле нанотрубки (средняя часть на рис. 13). Рассеяние в проводнике выражается в падении напряжения (небольшой наклон зон в сторону меньшего потенциала стока) по всей длине трубки.

В четвертой главе описан процесс создания и измерения электрических характеристик макетов устройств на основе пучков углеродных нанотрубок.

Показано, что большинство структур на основе пучков углеродных ОСНТ обладают полупроводниковыми свойствами и имеют дырочный механизм проводимости.

Произведена оценка размера пучков и количества нанотрубок в них. Предложен механизм преимущественного протекания носителей заряда вдоль нанотрубок находящихся на поверхности пучка и непосредственно формирующих туннельный контакт с золотыми электродами.

Разработана методика, позволяющая избирательно удалять нанотрубки металлического типа из пучков. Метод основан на возможности термического окисления нанотрубок в атмосферных условиях при нагреве свыше 600 °С.

Электрический разрыв металлических нанотрубок в пучках проводился в режиме подачи на электроды периодических импульсных сигналов напряжения амплитудой до 10 В.

Приведены результаты измерения топографии (рис. 14а) и вольтамперных характеристик структур на основе пучков ОСНТ (рис. 146), с преобладающим полупроводниковым типом проводимости.

Рис. 14. АСМ изображение пучка ОСНТ на золотых электродах (а) и вид

его ВАХ (б)

Приведены оценки усилительных свойств полученного устройства, которые дают максимальное значение коэффициента усиления 0.2.

Выявлена закономерность изменения проводимости структуры на основе пучка нанотрубок в зависимости от величины напряжения на затворе (рис. 15). Показано, что под действием поперечного электрического поля проводимость пучка полупроводниковых

углеродных нанотрубок может модулироваться больше чем на два порядка.

Рис. 15. Переходная характеристика макета транзистора при 11си=50 мВ

Реализованы макеты логических ключей (инверторов) на основе сеток пучков ОСНТ и измерены их основные статические параметры.

Реализован макет логического элемента, работающего с линейной нагрузкой, на основе транзистора последовательно включенного с внешним нагрузочным резистором с сопротивлением (рис. 16а).

Рис. 16. Характеристики ключа на основе пучка ОСНТ с линейной нагрузкой: а)-выходные характеристики транзистора с нагрузочной прямой; б) - передаточная характеристика

Показано, что наилучшим коэффициентом передачи обладает схема с питанием Еип=4 В (рис. 166).

В таблице 2 представлены рабочие параметры логического элемента в случае двух значений уровня логической единицы на входе и'„ (2 и 4 В соответственно) при неизменном значении уровня логического нуля В случае В ни в одном из логических

уровней не происходит полного переключения, тем на менее коэффициент передачи К максимален и равен 0.75. Однако в обоих логических состояниях через элементы текут токи (I1,0 - токи для и',0вых соответственно), что увеличивает их потребляемую мощность.

Таблица 2

Параметры ключа на основе одного ОСНТ транзистора

и'вх,В и'вых,в и°„ых, В К 1',нА 1°,нА

2 1.9 0.4 0.75 4.6 1.0

4 1.9 0.02 0.47 4.6 0.05

Реализован макет логического элемента на основе сеток пучков углеродных нанотрубок (рис. 17а). Выходные характеристики транзистора Т1 и Т2 на основе сеток нанотрубок, расположенных между электродами 3-4 и 1-4 соответственно (рис. 176), представлены на рис. 18а.

м и " и

Рис. 17. АСМ изображение золотых электродов с сетками пучков углеродных нанотрубок (а) и схема соединения, реализующая инвертор (б)

Модуль управляющего напряжения, при котором происходит значительное переключение канала проводимости равен 10 В.

Получена передаточная характеристика ключа для напряжении питания Еил=-0.5 В (рис. 186).

Показана возможность создания макета интегральной схемы на основе сеток пучков углеродных нанотрубок, обладающей однако низким коэффициентом передачи К-0.05, что не позволяет использовать его без предварительного усиления в более сложных схемах.

а б

Рис. 18. а) - Выходные характеристики транзистора Т1 (I - для U,x=0 В и III - для UBX=-10 В) и нагрузочного транзистора Т2 (II - (О В) и IV - (10 В)); б) - передаточная характеристика ключа на основе пучка ОСНТ с нелинейной нагрузкой

Рассмотрены варианты уменьшения вклада контактного сопротивления в проводимость структур на основе пучков углеродных нанотрубок

Предложен метод формирования омического контакта между нанотрубкой и металлическим электродом за счет локального разогрева при протекании через него больших плотностей тока.

Предложен и реализован метод формирования подводящих электродов на основе пленок углерода. Измерение 50 макетов транзисторов на основе пучков ОСНТ на углеродных электродах показало увеличение отклика в изменении проводимости при тех же значениях потенциала, прикладываемого к затвору.

Сформулированы требования, которым должно удовлетворять защитное покрытие структур на основе нанотрубок:

— не образует проводящих каналов между электродами;

— имеет близкий к SiO2 коэффициент термического расширения;

— поверхность контакта покрытия и нанотрубки не должна вносить дополнительные примесные уровни в зонную структуру;

— не смачивает нанотрубку. Предложены следующие виды покрытий:

— эпоксидная смола;

— покрытие на основе ненасыщенных циклических кислот (абиетиновая, пимаровая);

— фоторезист.

Проведено исследование покрытий на способность временной стабилизации структур на основе углеродных нанотрубок, а также деградационную стойкость под воздействием радиации с эквивалентной дозой излучения 1.16х10б рентген.

Показано, что наилучшими свойствами временной стабилизации обладает покрытие на основе фоторезиста. Однако после проведения испытаний на радиационную стойкость наблюдалось значительное ухудшение полевого управления проводимостью, которое может быть связано с химическими и структурными изменениями фоторезиста, произошедшими после облучения, а также с накоплением заряда в оксиде.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. На основе анализа литературы определен набор параметров и свойств, характеризующих особенности функционирования углеродных нанотрубок в элементах наноэлектроники.

2. Разработан метод осаждения с наибольшей концентрацией на подложке нанотрубок, полученных в различных технологических процессах. Показано, что диспергирование нанотрубок на подложке целесообразно проводить из раствора изопропилового спирта после нескольких часов ультразвуковой обработки.

3. Проведен выбор режимов работы атомно-силового микроскопа для выявления геометрических параметров адсорбированных на поверхности нанообъектов. Показано, что однослойные нанотрубки и пучки могут быть топографированы кантилеверами с низкой силовой константой в контактном режиме. Исследование многослойных нанотрубок возможно только в полу контактном режиме сканирования.

4. Впервые приведено визуальное доказательство содержания углеродных нанотрубок в смеси, полученной методом холодной деструкции графита. Измерены их основные геометрические параметры и электрические характеристики.

5. Качественно обосновано изменение размеров нанотрубок на топографических АСМ изображениях, связанное с деформацией нанотрубок под действием сил Ван-дер-Ваальса со стороны подложки и конволюцией иглы кантилевера. Приведен расчет зависимости ширины изображения для деформированных и недеформированных нанотрубок.

6. Исследованы механические свойства нанотрубок. Экспериментально показана возможность механического манипулирования и модификации однослойных и многослойных нанотрубок на различных типах подложек под действием сил со стороны иглы кантилевера.

7. Предложена и апробирована на примере углеродных нанотрубок микроскопия индуцированного электрического поля для проводящих нанообъектов на диэлектрических подложках.

8. Выявлены закономерности проводимости структур на основе однослойных и многослойных нанотрубок. Показана возможность коммутирования токов в структурах на основе многослойных нанотрубок до 25 мкА, тогда как большие плотности токов в структурах на основе однослойных нанотрубок вызывают разрушение электрического контакта.

9. Реализована возможность полевого управления проводимостью структур, на основе полупроводниковых однослойных нанотрубок. Вид вольтамперных характеристик соответствует дырочному механизму проводимости ОСНТ.

10. Проведен анализ механизмов электропроводности структур на основе нанотрубок. Показано что основной вклад в разрушение баллистической проводимости могут вносить как несовершенство контакта нанотрубки с золотой пленкой, так и изгиб нанотрубок, лежащих на электродах.

11. Предложено качественное обоснование эффекта полевого управления проводимостью структур на основе нанотрубок с использованием модели барьера Шоттки.

12. Предложен и реализован прототип транзистора на основе пучков однослойных нанотрубок. Разработан метод удаления каналов металлической проводимости из транспорта носителей заряда. Выявлены закономерности в поведении проводимости макета транзистора на основе пучка однослойных нанотрубок и показана возможность модулирования проводимостью более чем на два порядка.

13. Предложен и реализован прототип инвертора на основе пучков углеродных нанотрубок с линейной нагрузкой в виде внешнего резистора. Показано, что коэффициент усиления данного элемента может достигать 0.75.

14. Предложен и реализован макет интегрального инвертора с нелинейной нагрузкой на основе транзисторов из сеток пучков ОСНТ. Исследованы его усилительные и передаточные свойства.

15. Предложены методы стабилизации и улучшения электрических характеристик структур на основе нанотрубок с использованием токового стимулирования взаимной диффузии атомов золота и углерода в области контакта, заменой материала контакта на углерод и стабилизации структур диэлектриком.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих

работах.

1. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Снисаренко Э.А. Новости нанотехнологии // Микросистемная техника. - 2001. № 5. - С.35-36.

2. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Снисаренко Э.А. Новости нанотехнологии // Микросистемная техника. - 2001. № 6. - С.37-38.

3. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Снисаренко Э.А. Новости нанотехнологии // Микросистемная техника. - 2001. № 7. - С.44-54.

4. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Снисаренко Э.А. Новости нанотехнологии // Микросистемная техника. - 2001. № 8. - С.44-45.

5. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Петрик В.И. Ветвящиеся нанотрубки из углеродной смеси высокой реакционной способности // Известия вузов. Электроника. - 2002. №.2 - С. 105106.

6. Бобринецкий И.И., Снисаренко Э.А., Шмалько Д.Ю. Исследование углеродных нанотрубок методами СЗМ // Тезисы докладов IX всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика -2002». - 2002. - С. 4.

7. Бобринецкий И.И., Неволин В.К. Микромеханика углеродных нанотрубок на подложках // Микросистемная техника. - 2002. № 4. -С 20-21.

8. Bobrinetskii I.I., Chaplygin Yu.A., Nevolin V.K., Petrick V.I. Current voltage characteristics of two-electrode devices with carbon nanotubes // Book of abstract "Nano and Giga Challenges in Microelectronics research and Opportunities in Russia" symposium and summer school. -Moscow.2002.-P. 187-188.

9. Бобринецкий И.И., Строганов А.А. Микромеханика углеродных нанотрубок как элементов наноэлектроники // Тезисы докладов IV

международной научно-технической конференции «Электроника и информатика - 2002». - 2002. С. - 21-22.

10. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Строганов А.А., Гирфанова Н.А. Новости нанотехнологии // Микросистемная техника. - 2002. № 12. -С.35-36.

11. Бобринецкий И.И, Неволин. В.К. Разработка зондовой нанотехнологии формирования элементов электроники на основе квазиодномерных проводов // Тезисы докладов II всероссийской научно-технической дистанционной конференции «Электроника». - Москва. 2003. - С. 107.

12. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Петрик В.И., Чаплыгин Ю.А. Вольтамперные характеристики двухэлектродных элементов с углеродными нанотрубками // Микроэлектроника. - 2003. Том 32. N2.-0 102-104.

13. Бобринецкий И.И., Строганов А.А. Атомная структура и электрические свойства пучков однослойных углеродных нанотрубок // Тезисы докладов V Всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике. - Санкт-Петербург. - 2003 г. С. 89.

14. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Строганов А.А. «Засвечивание» углеродных нанотрубок в атомно-силовом микроскопе // Известия вузов. Электроника. - 2004. №.3. - С. 83-85.

15. Бобринецкий И.И., Строганов А.А. Инвертор с линейной нагрузкой на основе углеродных нанотрубок // Тезисы докладов XI всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика -2004». - Москва. 2004.- С. 7.

16. Bobrinetskii I.I., Chaplygin Yu.A., Nevolin V.K., Stroganov А.А. Carbon nanotubes as a perspective material for microelectronics manufacturing // Proceedings of II Russian-Japanese seminar "Perspective Technologies, Materials and Equipments of Solid-State electronic Components". - Moscow. 2004. - P. 193-196.

17. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Строганов А.А., Чаплыгин Ю.А. Модуляция проводимости пучков однослойных углеродных нанотрубок // Микроэлектроника. - 2004. Т. 33. № 5. - С. 356 - 361.

18. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Чаплыгин Ю.А. Логические ключи на основе пучков однослойных углеродных нанотрубок // Микросистемная техника. - 2004. № 7. - С. 12-14.

Формат 60x84 1/16. Уч. -изд.л . Тираж 100 экз. Заказ 109

Отпечатано в типографии ИПК МИЭТ (ТУ). 124498, Москва, МИЭТ(ТУ).

»21428

С

РНБ Русский фонд

2005-4 19924

Оглавление.

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса по созданию планарных квантовых проводников на основе углеродных нанотрубок и квазиодномерных структур.

1.1. Основные направления в нанотехнологии планарных одномерных проводников.

1.2. Развитие методов создания квантово-размерных наноконтактов на основе локального окисления, индуцированного током.

1.3. Основные параметры, характеризующие свойства нанотрубок.

1.3.1. Структура графита.

1.3.2. Угол хиральности и диаметр нанотрубок.

1.3.3. Электронная структура нанотрубок.

1.4. Методы получения углеродных наноструктур.

1.4.1. Термическое разложение графита в дуговом разряде.

1.4.2. Химическое осаждение из газовой фазы.

1.4.3. Метод лазерного испарения.

1.4.4. Холодная деструкция графита.

1.5. Исследование нанотрубок с использованием микроскопии высокого разрешения.

1.6. Электрические свойства нанотрубок.

Выводы по гл. 1.

Глава 2. Разработка методик создания образцов наноструктур на основе нанотрубок и их контроля в атомно-силовом микроскопе.

2.1. Сравнение методов высаживания нанотрубок, полученных в различных технологических процессах.

2.2. Разработка режима наблюдения различного типа нанотрубок на подложках.

2.2.1. Выбор параметров работы микроскопа и типа кантилеверов.

2.2.2. Деформация нанотрубок на подложках.

2.2.3. Влияние взаимодействия иглы АСМ с нанотрубкой на размеры наблюдаемых нанообъектов.

2.3. Манипулирование и модификация нанотрубок с использованием атомно-силового микроскопа.

2.4. Развитие бесконтактной емкостной микроскопии для исследования проводящих нанообъектов на диэлектрических подложках.

2.4.1. Моделирование микроскопии индуцированного электрического поля в приближении точечного потенциала.

2.4.2. Апробация методики на тестовых проводящих и диэлектрических объектах.

2.4.3. Применение микроскопии индуцированного электрического поля для неразрушающего контроля нанотрубок в электрических схемах.

2.5. Нанотрубки с разветвленной структурой.

Выводы по главе 2.

Глава 3.Разработка тестового кристалла и исследование проводимости углеродных нанотрубок.

3.1 Технологический маршрут формирования кристалла.

3.2. Схемы измерения электрических свойств нанотрубок.

3.3. Электрические характеристики структур на основе нанотрубок.

3.3.1. Измерение проводимости при комнатной температуре в малых и средних полях.

3.3.2. Исследование полевого эффекта.

3.4 Анализ механизмов проводимости структур на основе нанотрубок.

3.4.1. Квантовый транспорт в двумерной графитовой системе.

3.4.2. Формирование контакта между металлом и нанотрубкой.

3.4.3. Изгиб нанотрубок на контактах.

3.4.4. Одномодовый транспорт в полевом транзисторе с барьером

Шоттки на основе углеродных нанотрубок.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Формирование функциональных элементов наноэлектроники на основе сеток пучков однослойных углеродных нанотрубок и исследование их основных параметров.

4.1. Модуляция проводимости структур на основе пучков однослойных углеродных нанотрубок.

4.1.1. Особенности проводимости пучков однослойных углеродных нанотрубок.

4.1.2. Формирование полупроводникового канала проводимости в пучках.

4.1.3. Параметры макета транзистора на основе пучка нанотрубок с преобладающим полупроводниковым каналом проводимости.

4.2. Логические ключи на основе сеток пучков однослойных углеродных нанотрубок.

4.2.1. Реализация инвертора с линейной нагрузкой на основе внешнего резистора.

4.2.2. Реализация инвертора с нелинейной нагрузкой на основе двух интегрированных ОСНТ транзисторов р-типа.

4.3. Разработка методов улучшения и стабилизации контакта нанотрубка / металл.

4.3.1. Токовая активация миграции атомов в интерфейсной фазе золото / нанотрубка.

4.3.2. Формирование углеродных контактов в качестве токоподводящих электродов.

4.3.3. Выбор диэлектрического покрытия структур на основе пучков углеродных нанотрубок.

Выводы по главе 4.

Актуальность диссертационной работы

Традиционная кремниевая микроэлектроника вплотную подошла к предельно возможному разрешению оптической литографии. Крупнейшие мировые корпорации, задающие ритм развития рынка электронных компонентов, объявляют о создании прототипа промышленного полевого транзистора с физической длиной затвора 15 нм [1]. Процессор Intel Pentium 4 [2], созданный по технологии 90 нм - промышленный продукт 2004 года. Дальнейшие перспективы кремниевой технологии связаны только с уходом в частотный диапазон выше терагерц. Решения данного вопроса приводят разработчиков к совмещению отработанной технологии и новых материалов. Ежегодно растет число публикаций, в которых открыто ставится гамлетовский вопрос: быть или не быть кремнию лидирующим материалом в электронике XXI-го века.

Промышленность находится в состоянии постоянной погони за уменьшением размеров интегральных схем благодаря чему увеличивается скорость, уменьшается потребление энергии и себестоимость изготовления одного транзистора. Причем с момента создания первого вакуумного диода, прогресс в технологии постоянно наращивает темп, увеличивая номенклатуру используемых материалов. Если в технологии вакуумных ламп не существовало альтернатив, в кремниевой технологии нашли свое место также другие типы полупроводников (многие полупроводники заняли нишу в фотоэлектронике, термоэлектронике и СВЧ технике), то в данный момент ведутся работы не только по широчайшему спектру материалов (от молекул ДНК до сложных композитных структур сверхпроводников), но и с различными физическими принципами работы созданных на их основе приборов, которые объединяет единственная тенденция - квантовая природа происходящих в них явлений.

В качестве одних из возможных конкурентов кремниевой технологии рассматриваются различные типы приборов на основе нанопроводов, которые являются непосредственным следствием уменьшения поперечных размеров структур.

Однако среди нанопроводов существует дополнительное разделение, основанное на различии технологических приемов и методов их создания, а также принципов работы. Можно выделить четыре вида нанопроводов: металлические наносужения, нанотрубки, молекулярные провода, проволоки в гетероструктурах. Каждое из данных направлений имеет свои достоинства и недостатки. В итоге, место кремниевой займет та технология, которая, имея более высокие параметры работы, окажется менее ресурсоемкой для массового производства.

В последние годы наиболее бурно развивается направление, основанное на создании и использовании нанотрубок в качестве активных элементов электроники. Свойства данного вида молекул необычны и во многом уникальны. В зарубежных публикациях постоянно появляются работы, связанные с обнаружением новых свойств или созданием уникальных приборов на основе нанотрубок. В области электроники ведутся работы по созданию замещающих элементов и аналогов диодов на основе р-п переходов и МДП транзисторов. На стадии промышленного внедрения находятся исследования эмиссионных и адсорбционных свойств нанотрубок.

За последние десять лет работы, посвященные свойствам нанотрубок, были систематизированы и сведены в нескольких монографиях, наиболее полной из которых является работа, выполненная под редакцией Авориса1. Однако за последующие четыре года научный опыт не только пополнился новыми результатами но и подвергся корректировкам. Ведущими мировыми организациями по исследованию свойств нанотрубок и их возможных применений являются группы М. Бокрафа (Caltech), Д. Кобдена (University of Washington), Л.Д. Маюоэна (Cornell), X. Дай2 (Stanford), К. Деккера3 (Delft),

1 Carbon nanotubes: synthesis, structure, properties and applications (Topics in applied physics). Dresselhaus M.S., Dresselhaus G., Avouris Ph. (eds.) // Springer-Verlag: Berlin. 2001. 448 p.

2 Tseng Y., Xuan P., Javey A., Malloy R., Wang Q., Bokor J., Dai H. Monolithic integration of carbon nanotube devices with silicon MOS technology //Nano Letters. 2004. V. 4. N. 1. P. 123-127.

Ф. Кима (Columbia), Ч.М. Либера (Harvard), Д. Лью4 (Duke), P.E. Смолли (Rice). Результаты экспериментальных и теоретических расчетов данных групп тесно переплетаются и коррелируют с результатами, полученными в исследовательской работе автора. Примечательно, что один из важнейших результатов данной диссертационной работы, связанный с предложением по применению сеток углеродных нанотрубок в активных элементах в качестве очередного шага к интегральной углеродной электронике, появился одновременно с аналогичной работой группы Хакани5.

Однако, развитие индустриальной субмикронной технологии на основе новых материалов, станет возможным только после скрупулезной отработки методов получения структур и рабочих элементов в лабораторных условиях. Поэтому необходимость разработки надежной и воспроизводимой технологии формирования подобных элементов, всестороннего изучения параметров функционирования, а также усовершенствования методов зондовой микроскопии для исследования объектов наноэлектроники при решении более широкого круга задач определяет актуальность данной диссертационной работы.

Цель работы и задачи

Целью диссертационной работы являлась разработка методик формирования планарных элементов наноэлектроники на основе материала углеродных нанотрубок, исследование их электрофизических свойств и создание макетов функциональных устройств на их основе. Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

S определить набор параметров и свойств, характеризующих особенности функционирования углеродных нанотрубок в элементах наноэлектроники;

3 Bachtold A., Hadley P., Nakanishi Т., Dekker С. .Logic circuits with carbon nanotube transistors // Science. 2001. V. 249. P. 1317-1320.

4 Lu Ch., Fu Q., Huang Sh., Liu J. Polymer electrolyte-gated carbon nanotube field-effect transistor // Nano Letters. 2004. V. 4. N. 4. 623-627.

5 Khakani M.A.E1. and Yi J.H. The nanostructure and electrical properties of SWNT bundle networks grown by an 'all-laser' growth process for nanoelectronic device applications. Nanotechnology. 2004. V. 15. P. S534-S539. разработать метод осаждения с наибольшей концентрацией на подложке нанотрубок, полученных в различных технологических процессах; провести выбор параметров работы атомно-силового микроскопа для наблюдения адсорбированных на поверхности нанообъектов; ^ усовершенствовать емкостные методы зондовой микроскопии для неразрушающего контроля элементов наноэлектроники; ^ изучить механические свойства нанотрубок на различных подложках; ^ разработать технологический маршрут формирования структур для исследования электрофизических свойств нанотрубок; ^ исследовать проводимость и полевой эффект в структурах на основе нанотрубок и их пучков; ^ провести анализ механизмов электропроводности в нанотрубках.

Научная новизна работы Доказано наличие нанотрубок, в том числе ветвящегося типа в материале, полученном методом холодной деструкции графита. ^ Найдена зависимость размеров изображений нанотрубок, полученных в атомно-силовом микроскопе, от геометрических размеров кантилевера с учетом действия сил Ван-дер-Ваальса со стороны подложки. Предложена методика сканирующей емкостной микроскопии, учитывающая эффект возникновения индуцированного электрического поля в проводящих нанообъектах на диэлектрических подложках. Установлены закономерности модуляции проводимости планарных структур на основе углеродных нанотрубок. ^ Выявлены закономерности передаточных и усилительных свойств инверторов на основе сеток пучков углеродных нанотрубок с различной нагрузкой.

Достоверность научных положений, результатов и выводов

Полученные экспериментальные результаты и разработанные методики подтверждаются известными теоретическими моделями. Опубликованные результаты, так или иначе повторяют некоторые экспериментальные результаты других авторов.

Теоретическая значимость исследования состоит в выявлении закономерностей проводимости планарных структур на основе материала углеродных нанотрубок. Основные положения и выводы, содержащиеся в диссертации, могут быть использованы при дальнейшем развитии теории электронного транспорта элементов на основе углеродных нанотрубок в условиях микроэлектронной технологии.

Практическая значимость исследования состоит в том, что полученные результаты могут быть применены в процессе создания новой элементной базы наноэлектроники. Кроме того, результаты исследования могут быть использованы в преподавании курсов «Основы зондовой микроскопии» и «Основы зондовых нанотехнологий».

Основные научные положения, выносимые на защиту

1. Предложенная модель взаимодействия углеродной нанотрубки с зондом кантилевера позволяет повысить достоверность деконволюции формы острия зонда.

2. Разработанная методика микроскопии индуцированного электрического поля позволяет проводить неразрушающий контроль физических свойств структур на основе углеродных нанотрубок.

3. Предложенные обоснования переноса заряда в низкоразмерных структурах качественно подтверждают полученные в работе экспериментальные закономерности электрических характеристик структур на основе углеродных нанотрубок.

4. Реализованные элементы на основе сеток пучков углеродных нанотрубок р-типа проводимости могут выполнять функции инвертора напряжения.

Апробация работы

Материалы диссертации были представлены на следующих конференциях, семинарах и конкурсах научных работ:

S VIII всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2001» (Москва, 2001);

S Конкурс научных работ «Физического учебно-научного центра

Фундаментальная оптика и спектроскопия» ФИАН (Москва, 2001); S "Nano and giga challenges in microelectronics research and opportunities in

Russia" symposium and summer school (Moscow, 2002); S IV Международная научно-техническая конференция «Электроника и информатика - 2002 век» (Москва, 2002); S IX всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика-2002» (Москва, 2002); ■S II всероссийская научно-техническая дистанционная конференция

Электроника» (Москва, 2003); S V всероссийская молодежная конференция по физике полупроводников и полупроводниковой оггго- и наноэлектронике (Санкт-Петербург, 2003); ■S II Russian-Japanese seminar "Perspective technologies, materials and equipments of solid-state electronic components" (Moscow, 2004); S XI всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2004» (Москва, 2004).

Публикации

Основные результаты исследования, проведенного соискателем, изложены в 18 печатных источниках, опубликованных в отечественной и зарубежной литературе. Также соискателем опубликовано в соавторстве 12 работ, косвенно относящихся к тематике вынесенных на защиту положений.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка сокращений, списка литературы и приложения.

Основные результаты выполненных исследований могут быть сформулированы следующим образом:

1. На основе анализа литературы определен набор параметров и свойств, характеризующих особенности функционирования углеродных нанотрубок в элементах наноэлектроники.

2. Разработан метод осаждения с наибольшей концентрацией на подложке нанотрубок, полученных в различных технологических процессах. Показано, что диспергирование нанотрубок на подложке целесообразно проводить из раствора изопропилового спирта после нескольких часов ультразвуковой обработки.

3. Проведен выбор режимов работы атомно-силового микроскопа для выявления геометрических параметров адсорбированных на поверхности нанообъектов. Показано, что однослойные нанотрубки и пучки могут быть топографированы кантилеверами с низкой силовой константой в контактном режиме. Исследование многослойных нанотрубок возможно только в полуконтактном режиме сканирования.

4. Впервые приведено визуальное доказательство содержания углеродных нанотрубок в смеси, полученной методом холодной деструкции графита. Измерены их основные геометрические параметры и электрические характеристики.

5. Качественно обосновано изменение размеров нанотрубок на топографических АСМ изображениях, связанное с деформацией нанотрубок под действием сил Ван-дер-Ваальса со стороны подложки и конволюцией иглы кантилевера. Приведен расчет зависимости ширины изображения для нанотрубок в случае слабой и сильной деформации.

6. Исследованы механические свойства нанотрубок. Экспериментально показана возможность механического манипулирования и модификации однослойных и многослойных нанотрубок на различных типах подложек под действием сил со стороны иглы кантилевера.

7. Предложена и апробирована на примере углеродных нанотрубок микроскопия индуцированного электрического поля для проводящих нанообъектов на диэлектрических подложках.

8. Выявлены закономерности проводимости структур на основе однослойных и многослойных нанотрубок. Показана возможность коммутирования токов в структурах на основе многослойных нанотрубок до 25 мкА, тогда как большие плотности токов в структурах на основе однослойных нанотрубок вызывают разрушение электрического контакта.

9. Реализована возможность полевого управления проводимостью структур, на основе полупроводниковых однослойных нанотрубок. Вид вольтамперных характеристик соответствует дырочному механизм проводимости ОСНТ.

10. Проведен анализ механизмов электропроводности структур на основе нанотрубок. Показано что основной вклад в разрушение баллистической проводимости могут вносить как несовершенство контакта нанотрубки с золотой пленкой, так и изгиб нанотрубок, лежащих на электродах.

11. Предложено качественное обоснование эффекта полевого управления проводимостью структур на основе нанотрубок в модели барьера Шоттки.

12. Предложен и реализован прототип транзистора на основе пучков однослойных нанотрубок. Разработан метод удаления каналов металлической проводимости из транспорта носителей заряда. Выявлены закономерности в поведении проводимости макета транзистора на основе пучка однослойных нанотрубок и показана возможность модулирования проводимостью более чем на два порядка.

13. Предложен и реализован прототип инвертора на основе пучков углеродных нанотрубок с линейной нагрузкой в виде внешнего резистора. Показано, что коэффициент усиления данного элемента может достигать 0.75.

14. Предложен и реализован макет интегрального инвертора с нелинейной нагрузкой на основе транзисторов из сеток пучков ОСНТ. Исследованы его усилительные и передаточные свойства.

15. Предложены методы стабилизации и улучшения электрических характеристик структур на основе нанотрубок с использованием токового стимулирования взаимной диффузии атомов золота и углерода в области контакта, заменой материала контакта на углерод и стабилизации структур диэлектриком.

Таким образом, были исследованы механические и электрические свойства нанотрубок, получаемых методами холодной деструкции графита, лазерной абляции и каталитического пиролиза углеводородов. Были реализованы макеты транзистора и логических элементов на основе сеток пучков ОСНТ.

БЛАГОДАРНОСТЬ

Автор выражает огромную благодарность и искреннюю признательность своему руководителю профессору В.К. Неволину за постоянное внимание и помощь на всех этапах работы. Также автор благодарит академика В.И. Петрика (ПИИ физики фуллеренов и новых материалов РАЕН), Е.Д. Образцову (ИОФАН), С.Ю. Цареву (РХТУ) и Э.Г. Ракова (РХТУ) предоставивших материал нанотрубок для исследований.

Автор благодарит за помощь, оказанную на основных этапах работы, профессора В.В. Лосева, А.Н. Булатова и A.A. Строганова.

За помощь в проведении экспериментальных исследований автор благодарит Д.Ю. Шмалько, К.В. Баллижа и А.И. Аксенова.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ

АСМ - атомно-силовой микроскоп ВАХ - вольтамперная характеристика

МИЭП - микроскопия индуцированного электрического поля

МДП - метал - диэлектрик - полупроводник

МСНТ - многослойная нанотрубка

МЭП - микроскопия электрического поля

ОСНТ - однослойная нанотрубка

ПХО - плазмохимическое осаждение

ПЭМ - просвечивающая электронная микроскопия

СЕМ - сканирующая емкостная микроскопия

СЗМ - сканирующий зондовый микроскоп

СТМ - сканирующий туннельный микроскоп

СЭМ - сканирующий электронный микроскоп

ЦАП - цифро-аналоговый преобразователь

ЦОС - цифровая обработка сигнала

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Chau R., Boyanov В., Doyle В. et al Silicon nano-transistors for logic applications // Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures. 2003. V. 19. N. 1-2. P. 1-5.

2. Boggs D., Baktha A., Hawkins J. et al. The microarchitecture of the Intel® Pentium® 4 Processor on 90nm technology // Intel Technology Journal. V. 08. N.l. 2004. P. 7-23.

3. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Снисаренко Э.А. нанотехнологии // Микросистемная техника. 2001. № 5. С.35-36.

4. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Снисаренко Э.А. нанотехнологии // Микросистемная техника. 2001. № 6. С.37-38.

5. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Снисаренко Э.А. нанотехнологии // Микросистемная техника. 2001. № 7. С.44-54.

6. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Снисаренко Э.А. нанотехнологии // Микросистемная техника. 2001. № 8. С.44-45.

7. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Строганов А.А., Гирфанова Н.А. Новости нанотехнологии // Микросистемная техника. 2002. № 12. С.35-36.

8. Faux D. A., J. R. Downes J. R., O'Reilly E. P.Analytic solutions for strain distributions in quantum-wire structures // J. Appl. Phys. 1997. V. 82. N. 8. P. 37543762.

9. Saraydarov M., Donchev V., Germanova K. et al. Characterization of GaAs/AlGaAs quantum wires by means of longitudinal photoconductivity // Journal of Applied Physics. 2004. V. 95. N. 1 P. 64-68.

10. Aviram A., Ratner M.A. Molecular rectifiers // Chem. Phys. Lett. 1974. Vol. 29. N. 2. P. 277-283.

11. Porath D., Bezryadin A., Vries S. et al. Direct measurement of electrical transport through DNA molecules // Nature. 2000. Vol. 403. N. 6770. P. 635-638

12. Бобринецкий И.И., Корнеев Н.В., Неволин В.К. Особенности проводимости планарных металлических наносужений // Известия ВУЗов. Электроника. 2001. №3. С.17-22.

13. Held R., Heinzel Т., Studerus P., Ensslin К. Nanolithography by local anodic oxidation of metal films using an atomic force microscope // Physica. 1998. V. 273. N. 2. P. 748-752.

14. Бобринецкий И. И., Корнеев Н.В., Неволин В.К. Дискретные двухэлектродные планарные элементы наноэлектроники // Материалы 10-й международной крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии».2000. С. 411-412

15. Cooper Е.В., Manalis S.R., Fang Н., Dai Н., Matsumoto К., Minne S.C., Hunt Т. Terabit-per-square-inch data storage with the atomic force microscope // Appl. Phys. Lett. 1999. V. 75. No. 22. P. 3566-3568.

16. Shiricashi J., Matsumoto K., Miura N., Konagai M. Single-electron transistor with Nb/Nb oxide system fabricated by atomic force microscope nano-oxidation process // Jpn. J. Appl. Phys. 1997. V. 36. P. L1257-L1260.

17. Адамов Ю.Ф., Корнеев H.B., Мокеров В.Г., Неволин В.К. Формирование и электрические свойства планарных 2D- наноразмерных структур // Микросистемная техника. 2000. №1. С. 13-16.

18. Shevyakov V., Lemeshko S., Roschin V. Conductive sPM probes of base Ti or W refractory compounds // Nanotechnology. No. 9. 1998. P. 352 355.

19. Бобринецкий И.И., Корнеев H.B., Неволин В.К. Дифференциальная проводимость планарных нанодиодов // Тезисы докладов 3-й международной научно-технической конференции «Электроника и информатика XXI век». Зеленоград. 22-24 ноября 2000г. С. 34.

20. Abadal G., Perez-Murano F., Barniol N., Aymerich X. Field induced oxidation of silicon by SPM: study of the mechanism at negative sample voltage by STM, ESTM, and AFM // Appl. Phys. A, Vol. 66. No. 7. 1998. P. 791-795.

21. Физика тонких пленок: Современное состояние исследований и технические применения. Под. Общ. Ред. М.Х. Франкомба и Р.У. Гофмана. Т. 6. Пер. с англ. М.: Мир. 1973. 392 с.

22. Неволин В.К. Двухэлектродные элементы наноэлектроники на основе квантовых проводов // Микроэлектроника. 1999. Том 28 № 4. С. 293 300

23. Schmidt Т., Martel R., Sandstrom R.L., Avouris Ph. Current-induced local oxidation of metal films: Mechanismand quantum-size effects // Appl. Phys. Lett. 1998. V. 73, No. 15. P. 2173 2175

24. Неволин В.К. Основы туннельно-зондовой нанотехнологии: Уч. пособие. М.: МГИЭТ (ТУ). 1996. 91 с.

25. Bobrinetskii I.I., Nevolin V.K., Korneev N.V. Differential conductance of planar microcontacts formed by a conductive probe // Phys. Low-Dim. Struct. 2001. V 3/4. P. 183- 188.

26. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Рощин В.М., Снисаренко Э.А. Формирование наноконтактов при локальном окислении титановых пленок // Микросистемная техника. 2001. - № 11. С. 42 -45.

27. Kroto H.W., Heath J.R., O'Brein S.C., Curl R.F., Smalley R.I. C60: Buckminsterfullerene //Nature. 1985. Vol. 318. P. 162-163.

28. Iijima S. Helical microtubules of graphitic carbon // Nature. 1991. Vol. 354. P. 56-58.

29. Косаковская З.Я, Чернозатонский JI.A., Федоров E.A. Нановолоконная углеродная структура // Письма в ЖЭТФ. 1992. Том. 56. Вып. 1. С.26-30.

30. Saito R., Dresslhaus G., and Dresselhaus M. S. Physical Properties of Carbon Nanotubes. Imperial College Press (London). 2000. 258 p.

31. Dekker C. Carbon nanotubes as molecula quantum wire // Phys. Today. 1999. Vol. 22. N. 5. P. 22-28.

32. Volodin A., Ahlskog M., Seynaeve E., Van Haesendonck C., Fonseca A., and £ Nady J.B. Imaging the elastical properties of coiled carbon nanotubes with atomicforce microscopy // Phys. Rev. Lett. 2000. Vol. 84. N. 15. P. 3342-3345.

33. Dai H., Hafher J.H., Rinzler A.G., Colbert D.T., Smalley R.E. Nanotubes as nanoprobes in scanning probe microscopy // Nature. 1996. Vol. 384. N. 6605. P. 147150.

34. Haesendonck C. V., Stockman L.,. Vullers R.J.M. et al. Nanowire bonding with the scanning tunneling microscope // Surface Science. 1997.V. 386. P. 279-289.

35. Hamada N., Sawada S. Oshiyama A. New one-dimensional conductors:• graphitic microtubules // Phys. Rev. Lett. 1992. V. 68. Iss. 10. P. 1579-1581.

36. Saito R., Fujita M., Dresselhaus G. et al. Electronic structure of chiral graphene tubules // Appl. Phys. Lett. 1992. Vol 60. N. 18. P. 2204-2206.

37. Mintmire J.W., Dunlap B.I., White C.T. Are fullerene tubules metallic // Phys. Rev. Lett. 1992. V. 68. Iss. 5. P. 631-634.

38. Bockrath M. W. Carbon nanotubes: Electrons in one dimension. A dissertation . of Doctor of Philosophy in Physics. Berkeley. 1999. 131 p.

39. Minot E. D. Tuning the band structure of carbon nanotubes. A dissertation . for the degree of doctor of philosophy. Cornell University. 2004. 118 p.

40. Venema L.C., Meunier V., Lambin Ph., Dekker C. Atomic structure of carbon nanotubes from scanning tunneling microscopy // Phys. Rev. B. 2000. Vol. 61. N. 4. P.2991-2996.

41. Collins P. G., Avouris Ph. Nanotubes for electronics // Scientific American. 2000. P 62 69.

42. Journet C.; Maser W. K.; Bernier P. et al // Nature (London). 1997. Vol. 388. P. 756-758.

43. Itkis M. E., Perea D. E., Niyogi S. et al. Purity evaluation of as-prepared singlewalled carbon nanotube soot by use of solution-phase near-IR spectroscopy // Nano Lett. 2003. Vol. 3 N. 3. P. 309-314.

44. Ren Z.F., Huang Z.P., Xu J.W. et al. Synthesis of large arrays of well-aligned carbon nanotubes on glass // Science. 1998. V. 282. P. 1105-1107.

45. Sinnot S.B., Andrews R., Qian D., et al. Chem.Phys.Lett. 1999. V. 315. P. 25* 30.

46. Yudasaka M., Kikuchi R., Ohki Y. et al. Behavior of Ni in carbon nanotube nucleation // Appl. Phys. Lett. 1997. V. 70. N. 14. P. 1817-1818.

47. Царева С.Ю., Жариков E.B., Аношкии И.В., Коваленко А.Н. Исследование влияния вида, размера, и концентрации частиц катализатора на образование углеродных нанотрубок при каталитическом пиролизе углеводородов // Электроника. 2003.№1. С. 20-24

48. Guo Т., Nikolaev P., Thess A., et al. Catalitic growth of single-walled nanotubes by laser vaporation // Chem. Phys. Lett. 1995. N. 243. P. 49-54.

49. Thess A., Lee R., Nikolaev P. et al. Crystalline Ropes of Metallic Carbon Nanotubes // Science. 1996. V. 273. N. 5274. P. 483-487.

50. Петрик В.И. Патент RU 2163840 CI 1999.

51. Ajayan P M and Ebbesen T W. Nanometre-size tubes of carbon // Rep. Prog. Phys. 1997. Vol. 60. P. 1025-1062.

52. Wildoer J.W.G, Venema L.C., Rinzler A.G., Smalley R.E., and Dekker C. Electronic structure of atomically resolved carbon nanotubes // Nature. 1998. V. 391, N. 6662. P. 59-62.

53. Hertel Т., Martel R., Avouris Ph. Manipulation of individual carbon nanotubes and their interaction with surfaces // J. Phys. Chem. 1998. Vol. 102. P. 910-915.

54. Frank S., Poncharal Ph., Wang A.Z. et al. Carbon nanotube quantum resistors // Science. 1998. Vol. 280. N. 5370. P. 1744-1746.

55. Sanvito S., Kwon Y.-K., Тотбпек D., Fractional C. J. Quantum conductance in carbon nanotubes // Phys. Rev. Lett. 2000. Vol. 84. N. 9. P. 1974-1977.

56. Бобринецкий И.И., Снисаренко Э.А., Шмалько Д.Ю. Исследование углеродных нанотрубок методами СЗМ // Тезисы докладов 9-всеросийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика 2002». 2002. С. 4.

57. Bobrinetskii I.I., Chaplygin Yu. A., Nevolin V.K., Petrik V.I., Stroganov A.A. The atomic structure of nanotubes synthesized from a highly reactive carbon mixture // Technical Physics Letters. 2003. V. 29. № 4. P. 347-349.

58. Быков B.A., Иконников A.B., Кацур С.Ф. и др. Новый базовый электронный блок для управления СЗМ линии «Солвер» //Зондовая микроскопия -2000. Материалы Всероссийского совещания. Нижний Новгород. 2000. С. 282286.

59. Hertel Tobias, Walkup Robert E., and Avouris Phaedon. Deformation of carbon nanotubes by surface van-der-Waals forces // Phys. Rev. B. 1998. Vol. 58. N. 20.

60. Wong E.W., Sheehan P.E., Lieber C.M. Nanobeam mechanics: elasticity, strength, and toughness of nanorods and nanotubes // Science. 1997. V. 277. P. 19711975.

61. Muster J., Burghard M., Roth S. et al. SFM characterization of individual carbon nanotubes on electrode arrays // J. Vac. Sci. Technol B. 1998. V. 16. N. 5. P. 2796-2801.

62. Krishnan A., Dujardin E., Ebbesen Т. E. et al. Young's modulus of singlewalled nanotubes // Phys. Rev. B. 1998. V. 58. N. 20. P. 14013 -14019.

63. Poncharal P., Wang Z.L., Ugarte D. et al. Electrostatic deflections and electromechanical resonances of carbon nanotubes // Science. 1999. V. 283. P. 1513 -1516.

64. Villarubia J.S. Algorithm for scanned probe microscope image simulation, surface reconstruction, and tip estimation // J. Res. Natl. Ins. Stand. Technol. 1997. Vol. 102. N. 4. P. 425-454.

65. Бобринецкий И.И., Неволин B.K. Микромеханика углеродных нанотрубок на подложках // Микросистемная техника. 2002. № 4. С. 20 -21.

66. Liu К., Avouris Ph., Martel R, Hsu W. K. Electrical transport in doped multiwalled carbon nanotubes // Phisical Rev B. 2001. Vol. 63. P. 63-68.

67. Бобринецкий И.И., Строганов A.A. Микромеханика углеродных нанотрубок как элементов наноэлектроники // Тезисы докладов IV международной научно-технической конференции «Электроника и информатика -2002». 2002. С. 21-22.

68. Yu М., Lourie О., Dyer М. et al. Strength and breaking mechanism of multiwalled carbon nanotubes under tensile load // Science. 2000. V. 287. P. 637-640.

69. Avouris Ph., Hertel Т., Martel R., Schmidt T.,. Shea H.R, Walkup R.E. Carbon nanotubes: nanomechanics, manipulation, and electronic devices // Applied Surface Science. 1999. Vol. 141. P. 201-209.

70. Roschier L., Pentilla J., Martin M. et al. Single-electron transistor made of multiwalled carbon nanotube using scanning probe manipulation // Appl. Phys. Lett. 1999. V.75.N. 5. P. 728-730.

71. Kopanski J.J., Marchiando J.F., Lowney J.R. Scanning capacitance microscopy measurements and modeling: Progress towards dopant profiling of silicon // J. Vac. Sci. Technol. В. V. 14. N. 1. 1996. P.242-247.

72. Brintlinger Т., Chen Yung-Fu, Durkop T. et al. Rapid imaging of nanotubes on insulating substrates // Appl. Phys. Lett. 2002. V.81. N. 13. P. 2454-2456.

73. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Строганов А.А. «Засвечивание» углеродных нанотрубок в атомно-силовом микроскопе // Известия ВУЗов. Электроника. 2004. №.3. С. 83-85.

74. Бобринецкий И.И., Неволин В.К.,Петрик В.И. Ветвящиеся нанотрубки из углеродной смеси высокой реакционной способности // Известия ВУЗов. Электроника. 2002. №.2 С. 105-106.

75. Scuseria G.E. Negative curvature and hyperfullerenes // Chem. Phys. Lett. 1992. V. 195. N. 5-6. P. 534 -536.

76. Chernozatonskii L.A. Carbon nanotube connectors and planar jungle gyms // Phys. Lett. A. 1992. V. 172. N. 3. P. 173-176.

77. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Петрик В.И., Строганов А.А., Чаплыгин Ю.А. Атомная структура нанотрубок из углеродной смеси высокой реакционной способности // Письма в журнал технической физики. 2003. Том 29. Вып 8. С 8490.

78. Future trends in microelectronics. Edited by S. Luryi, J. Xu and A. Zaslavsky. 1999. John Wiley & Sons, Inc. 435 p.

79. Корнеев H.B. Формирование и электрофизические свойства двухэлектродных планарных элементов наноэлектроники. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва. 2001. 107 с.

80. Radosavljevic М., Lefebvre J., Johnson A. High-field electrical transport and breakdown in bundles of single-wall carbon nanotubes // Phys. Rev. B. 2001. Vol. 64. N. 24. P.241307-1 -241307-4.

81. Бобринецкий И.И., Неволин B.K., Петрик В.И., Чаплыгин Ю.А. Вольтамперные характеристики двухэлектродных элементов с углеродными нанотрубками // Микроэлектроника. 2003. Том 32. N 2. С 102104.

82. Yao Z., Kane C.L., Dekker С. High-field electrical transport in single-wall carbon nanotubes // Phys. Rev. Lett. 2000. V. 84. №. 13. 2941-2944.

83. Nakanishi Т., Bachtold A., Dekker C. Transport through the interface between a semiconducting carbon nanotube and a metal electrode // Cond. Matt. B. 2002. V. 66. P. 037703-1-037703-4.

84. Poncharal P., Frank S., Wang Z.L., De Heer W.A. Conductance quantization in multiwalled carbon nanotubes // European Physical Journal D. 1999. V. 9. P. 77-79.

85. Bobrinetskii 1.1., Chaplygin Yu.A., Nevolin V.K., Petrick V.I. Current voltage characteristics of two-electrode devices with carbon nanotubes // Book of abstract

86. Nano and Giga Challenges in Microelectronics research and Opportunities in Russia" symposium and summer school Moscow. Russia. 2002. P. 187.

87. Tans S.J., Devoret M.H., Dai H. et al. Individual single-wall carbon nanotubes as quantum wires // Nature. 1997. Vol. 386. N. 6624. P. 474 -477.

88. Быков B.A. Приборы и методы сканирующей зондовой микроскопии для исследования и модификации поверхностей. Диссертация на соискания ученой степени доктора технических наук. Москва. 2000.-393 с.

89. Shon H.N., Ando Т. Quantum Transport in Two-Dimensional Graphite System // Journal of the Physical Society of Japan. 1998. Vol. 67. No. 7. P. 2421-2429.

90. Electronic Properties of Novel Materials —Molecular Nanostructures, edited by H.Kuzmany. Theory of Quantum Transport in Carbon Nanotubes. T. Ando. American Inst. Of physics. 2000. P.325-340.

91. Landauer R., Bennet Ch.H. Fundamental physical limits of computation // Scientific American. Vol. 253. N. 1. 1985. P. 8-56.

92. Nygard J., Cobden D.H., Bockrath M. et al. Electrical transport measurements on single-walled carbon nanotubes // Appl. Phys. A 1999. V. 69. P. 297-304.

93. Nakanishi T. and Ando T. Contact between Carbon Nanotube and Metallic Electrode // Journal of the Physical Societ of Japan. 2000. Vol.69. No.7. P. 2175 -2181.

94. Landauer R. Irreversibility and heat generation in the computing process // IBM J.Res.Dev. 1961. Vol. 5. P. 183-191.

95. Hansson A., Paulsson M., Stafstrom S. Effect of bending and vacancies on the conductance of carbon nanotubes // Phys. Rev. B. 2000. Vol. 62. N. 11. P. 7639 -7644.

96. Postma H.W.Ch., Dekker С., Teepan Т., Yao Z., Grifoni M. Carbon Nanotube SET at room temperature // Science. 2001. V. 293. P. 76-79.

97. Tans S.J., Verschueren A.R.M., Dekker C. Room-temperature transistor based on a single carbon nanotube // Nature. 1998. V. 393. N. 1. P. 49-52.

98. Freitag M., Radosavljevic M., Zhou Y. et al. Controlled creation of a carbon nanotube diode by a scanned gate // Appl. Phys. Lett. 2001. V. 79. N. 20. P. 33263328.

99. Derycke V., Martel R., Appenzeller J. et al. Controlling doping and carrier injection in carbon nanotube transistors // Appl. Phys. Lett. 2002. V. 80. N. 15. P. 2773-2775.

100. Heinze S., Tersoff J., Martel R. et al. Carbon nanotubes as Schottky barrier transistors //Phys. Rev. Lett. 2002. V. 89.N. 10. P. 106801-1-106801-4.

101. Guo J., Datta S., Lundstrom M. A Numerical Study of Scaling Issues for Schottky-Barrier Carbon Nanotube Transistors // IEEE transactions on electron devices. 2004. V. 51. N. 2. P. 172-177.

102. Федосов Я.JI. Основы физики полупроводниковых приборов / Я. Л. Федосов. 2-е изд. М.: Советское радио, 1969. 592 с.

103. Parker G. Introductory semiconductor device physics / G. Parker. Prentice Hall, 1994. 285 p.

104. Appenzeller J., Knoch J., Radosavljevic M. and Avouris Ph. Multimode Transport in Schottky-Barrier Carbon-Nanotube Field-Effect Transistors // Phisical Review Letters. 2004. V. 92. N. 22. P. 226802-1-226802-4.

105. Appenzeller J., Knoch J., Martel R. et al. Carbon nanotube electronics // IEEE Trans. Nanotechnol. 2002. V. 1. N. 4. P. 184-189.

106. Stahl H., Appenzeller J., Martel R., Avouris Ph., and Lengeier B. Intertube coupling in ropes of single-wall carbon nanotubes // Phys. Rev. Lett. 2000. V. 85. N 24. P. 5186-5189.

107. Odom T.W., Huang J.-L., Kim P., Lieber C.M. Structure and electronic properties of carbon nanotubes // J. Phys. Chem. B. 2000. V. 104. N. 13. P. 2794-2809.

108. Clauss W., Bergeron D.J., Johnson A.T. Atomic resolution STM imaging of a twisted single-wall carbon nanotube // Phys. Rev. B. 1998. V. 58. N. 8. P. 4266-4269.

109. Collins Ph. G., Arnold M. S., Avouris Ph. Engineering carbon nanotubes and nanotube circuits using electrical breakdown // Science. 2001. V. 292. P. 706-709.

110. Martel R., Schmidt Т., Shea H. R., Hertel Т., Avouris Ph. Single- and multiwall carbon nanotube field-effect transistors // Appl. Phys. Lett. 1998. V. 73. № 17. P. 2447-2449.

111. Bachtold A., Hadley P., Nakanishi Т., Dekker C. .Logic circuits with carbon nanotube transistors // Science. 2001. V. 249. P. 1317-1320.

112. Derycke V., Martel R., Appenzeller J., Avouris Ph. Carbon nanotube inter- and intramolecular logic gates // Nano Lett. 2001. V. 1. №. 9. P. 453-456.

113. Liu X., Lee Ch., Zhou Ch., Han J. Carbon nanotube field-effect inverters // Appl. Phys. Lett. 2001. V. 79. № 20. P. 3329-3331.

114. Rochefort A., Di Ventra M., Avouris Ph. Switching behavior of semiconducting carbon nanotubes under an external electric field // Appl. Phys. Lett. 2001. V. 78. №. 17. P. 2521-2523.

115. Бобринецкий И.И., Неволин B.K., Строганов A.A., Чаплыгин Ю.А. Модуляция проводимости пучков однослойных углеродных нанотрубок // Микроэлектроника. 2004 № 5. С. 356-361.

116. Wind S. J., Appenzeller J., Martel R., Derycke V., Avouris Ph. Vertical scaling of carbon nanotube field-effect transistors using top gate electrodes // Appl. Phys. Lett. 2002 V. 80. №. 20. P. 3817-3819.

117. Бобринецкий И.И., Строганов А.А. Инвертор с линейной нагрузкой на основе углеродных нанотрубок // Тезисы докладов 11-всеросийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика 2004» С. 7.

118. Khakani М.А.Е1. Yi J.H. The nanostructure and electrical properties of SWNT bundle networks grown by an 'all-laser' growth process for nanoelectronic device applications // Nanotechnology. 2004. V. 15. P.534-539.

119. Durkop T., Getty S.A., Cabas E. and Fuhrer M.S. Extraordinary mobility in semiconducting nanotubes //Nano letters. 2004. Vol. 4. N. 1. P. 35-39.

120. Auvray S., Borghetti J., Goffinan M.F. et al. Carbon nanotube transistor optimization by chemical control of the nanotube-metal interface // Appl. Phys. Lett. 2004. V. 84. N. 25. P. 5106-5108.