автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Молекулярные проводники в матрице эпоксидиановой смолы

На правах рукописи

Хартов Станислав Викторович

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ПРОВОДНИКИ В МАТРИЦЕ ЭПОКСИДИАНОВОЙ СМОЛЫ ФОРМИРОВАНИЕ, ИССЛЕДОВАНИЕ, ПРИЛОЖЕНИЯ

Специальность 05 27 01 - твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

□□3167954

Москва-2008

003167954

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

Научный руководитель

доктор физико-математических наук,

профессор Неволин В К

Официальные оппоненты

доктор физико-математических наук Ильичев Э А

доктор технических наук,

профессор Гаврилов С А

Ведущая организация ИРЭ РАН

Защита состоится "_"_2008 года

в _ часов _ 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 "_"_ 2008 года

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук,

доцент

Крушшна Т Ю

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

В основе сегодняшних успехов традиционной кремниевой электроники лежат колоссальные усилия, предполагающие миллионы человеко-часов работы и триллионы долларов инвестиций Однако рассчитывать на то, что технология полувековой давности, уже сегодня испытывающая затруднения в удовлетворении возрастающих требований, будет и в будущем продолжать оставаться основной технологией, вряд ли возможно На настоящий момент существуют определенные предпосылки к тому, что основой следующего поколения индустрии электроники станет молекулярная электроника (значительную часть актива которой, безусловно, составят достижения традиционной микроэлектронной технологии)

Молекулы являются продуктом процессов самоорганизации Сумев применить их в качестве функциональных элементов, можно получить идеальную воспроизводимость последних Уже сейчас в небольшом реакторе может быть синтезирован один моль молекулярных переключателей, что больше, чем суммарное количество транзисторов, сделанных за всю историю При этом данные переключатели будут обладать высокой идентичностью, вплоть до полной их неразличимости Другое преимущество подхода использования молекул в качестве активных элементов заключается в их впечатляющем многообразии и функциональности Существует чрезвычайно большое количество сложных молекул, и их разнообразные химические и электронные функции открывают много новых возможностей

Естественно, что решая краеугольные проблемы кремниевой микроэлектроники, молекулярная электроника ставит свои специфические задачи, такие как формирование выводов к молекулам, адресация отдельных молекул, обеспечение сохранения уровня сигнала и др Однако следует отметить, что последние успехи в области молекулярной электроники, связанные с синтезом новых молекул, применением процессов самоупорядочивания, разработкой новых, адаптированных под молекулярную электронику, архитектур, послужили убедительным ответом на многие замечания скептиков На рынок стали выходить start-up компании, специализирующиеся в области молекулярной электроники Пока основное направление деятельности таких компаний заключается в привлечении средств

инвесторов для осуществления НИОКР, а также в опережающем оформлении интеллектуальной собственности Однако есть и такие, которые как, например, компания Ыа^его, объявили о начале открытого лицензирования разработанной ими технологии В России в области молекулярной электроники также имеется ряд результатов мирового уровня, и отставание в еще только формирующейся и акцентированно наукоёмкой области далеко не столь значительно, как в случае традиционной кремниевой электроники

Задачи, на решение которых направлена настоящая работа, занимают свое место в общей картине работ по молекулярной электронике Продемонстрированные к настоящему времени молекулярные проводники и активные элементы характеризуются относительно низкой удельной проводимостью, а методы их контролируемого позиционирования только развиваются В этом контексте результаты проведённого в настоящей работе исследования представляют безусловный интерес Из вышеизложенного следует, что исследования по данной тематике актуальны, они имеют научное и практическое значение

Цель работы и основные задачи

Целью диссертационной работы являлось установление свойств молекулярных проводников, выявление закономерностей их формирования в матрице эпоксидиановой смолы, исследование приложений структур данного типа в задачах электроники и материаловедения

Для достижения данной цели были поставлены следующие

задачи

1 Провести численное моделирование молекулы эпоксидиановой смолы

2 Выявить условия, при которых происходит формирование молекулярного проводника в матрице эпоксидиановой смолы

3 Исследовать требования к электродам молекулярного проводника и найти подходы к формированию таких электродов

4 Выявить механизм электронного транспорта в исследуемых молекулярных проводниках

5 Разработать методы формирования экспериментальных структур, позволяющих исследовать поведение молекулярного проводника в поперечном электрическом поле

6 Исследовать поведение структур на основе планарных молекулярных проводников в поперечном электрическом поле

7 Разработать и реализовать концепцию композитного материала на основе молекулярных проводников

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1 Организация молекулярного проводника в эпоксидиановой матрице происходит при выполнении условий превышения напряженностью электрического поля критической величины, составляющей порядка 3 107 В/м, и достаточной степени локализации электрического поля на оси формируемого проводника

2 Предложенный метод переключения сопротивления массива параллельных молекулярных проводников, основанный на нагреве приэлектродных слоев матрицы, обеспечивает понижение количества одновременно переключаемых молекулярных проводников до 3-х и уменьшает деформацию переключаемых молекулярных проводников, что увеличивает точность измерения сопротивления единичного молекулярного проводника в его исходном, недеформированном состоянии

3 В эпоксидиановой матрице могут быть сформированы молекулярные проводники, обеспечивающие баллистический транспорт электронов на длинах как минимум до 200 нм

4 Предельный ток единичного молекулярного проводника совпадает с предельным током однослойных углеродных нанотрубок с баллистическим режимом проводимости

5 Предложенный метод формирования электродов на основе ориентированных углеродных нанотрубок позволяет получать планарные молекулярные проводники

6 Структуры на основе планарных молекулярных проводников проявляют полевой эффект и эффект переключения сопротивления

7 Предложенный метод, основанный на формировании молекулярных проводников, позволяет получать композитный материал, обладающий существенной проводимостью при концентрации дисперсной фазы ниже порога перколяции

8 Формирование молекулярных проводников между частицами дисперсной фазы неперколированного композитного материала позволяет как минимум на 2-3 порядка повысить его

проводимость относительно проводимости композитного материала с перколированной дисперсной фазой, характеризующейся как минимум в два раза большей концентрацией

Диссертационная работа выполнена в учебно-научном центре «Зондовая микроскопия и нанотехнология» Московского государственного института электронной техники (технический университет) в рамках выполнения аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 годы)» по подразделу № 2 12 «Проведение фундаментальных исследований в области технических наук», шифр «774-ГБ-53-РНП УНЦ ЗМНТ»

Научная новизна работы

В ходе проведенных исследований впервые были получены следующие результаты

1 Выявлена совокупность ключевых факторов, определяющих формирование молекулярного проводника в матрице эпоксидиановой смолы

2 Рассчитана величина критического поля формирования молекулярного проводника на основе полученной методом численного моделирования поляризуемости молекулы эпоксидиановой смолы, показано согласие полученной величины критического поля с экспериментальным значением

3 Предложена методика получения гибридных туннельных зондов для задачи формирования молекулярных проводников, позволяющая объединить преимущества вольфрамовых зондов, приготовленных методом электрохимического травления, и платино-иридиевых зондов, приготовленных механическим методом

4 Предложена методика переключения сопротивления массива параллельных молекулярных проводников, основанная на нагреве приэлектродных слоев матрицы проходящим электрическим током высокой плотности

5 Установлен предельный ток единичного молекулярного проводника и показано, что он совпадает с предельным током

однослойных углеродных нанотрубок с баллистическим режимом проводимости

6 Посредством теплового расчета, выполненного на основе предельного тока молекулярного проводника, показано отсутствие диссипации энергии в молекулярных проводниках в пределах длин как минимум до 200 нм

7 Разработана и экспериментально реализована концепция планарных молекулярных проводников в полимерной матрице между электродами на основе ориентированных углеродных нанотрубок

8 Выявлены полевой эффект и эффект переключения сопротивления в структурах на основе планарных молекулярных проводников

9 Разработана и экспериментально реализована концепция композитного материала на основе молекулярных проводников

10 Показано, что формирование молекулярных проводников между частицами дисперсной фазы неперколированного композитного материала позволяет как минимум на 2-3 порядка повысить его проводимость относительно проводимости композитного материала с перколированной дисперсной фазой, характеризующейся как минимум в два раза большей концентрацией

Достоверность научных положений, результатов и выводов

Полученные экспериментальные результаты и разработанные методики подтверждаются известными теоретическими моделями, а также согласуются с результатами опубликованных отечественных и зарубежных работ

Теоретическая значимость исследования состоит в выявлении закономерностей формирования и электрической проводимости молекулярных проводников в матрице эпоксидиановой смолы Основные положения и выводы, содержащиеся в диссертации, могут быть использованы при дальнейшем развитии теории электронного транспорта в квазиодномерных органических проводниках и теории микромеханики и химии молекул в сильно неоднородных электрических полях

Практическая значимость состоит в том, что полученные результаты могут быть применены для создания элементной базы молекулярной электроники, а также для создания композитных материалов нового типа Кроме того, результаты исследования могут быть использованы в преподавании курсов «Основы наноэлектроники», «Основы зондовых нанотехнологий» и др

Личный вклад соискателя. Все результаты представленные в работе, получены соискателем лично, либо в соавторстве при его непосредственном участии

Апробация работы

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

^ XIV всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика-2007» (Москва, 2007), ^ Всероссийский конкурсный отбор инновационных проектов молодых ученых, аспирантов и студентов "Электроника 2006» (Москва, 2006),

^ Конференция инновационных проектов «Индустрия наносистем и

материалы» (Москва, 2006), ^ Международная научно-техническая школа-конференеция «Молодые учёные - науке, технологиям и профессиональному образованию в электронике» (Москва, 2006), ^ XIII всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика-2006» (Москва, 2006),

^ 1-я ежегодная Московско-Баварская студенческая научная школа

МВЛАББ (Москва, 2006), ^ Конференция инновационных проектов «Индустрия наносистем и

материалы» (Москва, 2005), ^ VII Международная научно-техническая конференция «Электроника и информатика - 2005» (Москва, 2005),

XII всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика-2005» (Москва, 2005),

Публикации

Основные результаты исследования, проведенного соискателем, изложены в 9 печатных источниках, опубликованных в отечественной литературе, включая журнал «Доклады Академии Наук» Кроме того, по теме работы соискателем поданы 2 заявки на патент РФ, а также опубликованы 7 работ и поданы 4 заявки на патент РФ, 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 155 страницах, включает 67 рисунков и 3 таблицы Список литературы содержит 121 источник

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность и научная новизна работы, сформулированы цель и задачи исследования, основные положения, выносимые на защиту, теоретическая и практическая значимость диссертации

В первой главе рассматривается состояние вопроса по созданию элементной базы молекулярной электроники Описаны основные достижения по синтезу и исследованию молекул, претендующих на роль ключевых элементов электроники На основании приведенных данных сделан вывод о принципиальной возможности переноса электрических и электромеханических функций на одномолекулярный уровень

Далее рассмотрены подходы к интеграции молекулярных функциональных элементов, показана перспективность использования процессов самоупорядочивания В частности, сделан вывод о том, что для реализации первых гибридных молекулярно-твердотельных интегральных схем достаточно решить задачу увеличения площади бездефектного самоупорядоченного монослоя до возможностей промышленной литографии Поскольку в свете последних успехов технологии молекулярного импринтинга следует ожидать

существенного расширения возможностей промышленной литографии, то указанная задача может получить решение уже в ближайшее время

В заключительной части рассматриваются схемотехнические архитектуры, оптимизированные под специфику молекулярной элементной базы К таким архитектурам относятся квантово-точечные клеточные автоматы, коммутированные массивы и архитектура №поСе!1 Приводятся основные достоинства и недостатки указанных архитектур

Во второй главе представлены общие сведения о эпоксидиановой смоле, обсуждается экспериментальная работа В К Неволина 1989 года, согласно которой молекулы эпоксидиановой смолы, находясь в условиях электрического поля туннельного зазора, способны образовывать упорядоченные пространственные структуры, приведены результаты численного моделирования молекулы эпоксидиановой смолы, результаты по экспериментальному исследованию условий организации молекулярных проводников в матрице эпоксидиановой смолы, результаты исследования различных типов туннельных зондов по критерию выполнения условий формирования молекулярного проводника, описывается метод измерения сопротивления единичного молекулярного проводника, рассматриваются экспериментальные свидетельства осуществления в молекулярных проводниках баллистического электронного транспорта

Численное моделирование электронной структуры и дипольных свойств молекулы эпоксидиановой смолы было осуществлено средствами пакета программ СЬетЗБ В результате моделирования были рассчитаны следующие основные свойства молекулы (степень полимеризации молекулы равна двум) Длина молекулы составляет 3,94 нм, собственный дипольный момент равен нулю, наибольшее значение диагонального тензора поляризуемости составляет 1113 а е (рис 1)

Рис 1 Шаростержневая модель молекулы эпоксидиановой смолы

На основе Ван-дер-Ваальсовой поверхности получена модель АСМ изображения молекулы (рис. 2).

Рис. 2. Модель АСМ изображения молекулы эпоксидиановой смолы, (соответствует радиусу закругления зонда 0,1 нм)

Согласно результатам расчёта молекулярных орбиталей, верхние занятые орбитали относятся к л-типу и достаточно близки по энергиям (энергетический зазор между соседними орбиталями составил -0,1 эВ, что, судя по косвенным признакам, близко к величине погрешности используемой модели). На рис. 3 в качестве примера приведено изображение НОМО-1 (орбиталь расположенная на 1 уровень ниже наивысшей занятой).

Рис. 3. НОМО-1 орбиталь молекулы эпоксидиановой смолы (молекула представлена при помощи проволочной модели; видна часть молекулы)

Было обнаружено, что 7г-орбитали молекулы характеризуются значительной делокализацией, охватывающей бензольные кольца и концевые эпокси-группы. Высказано предположение, что в случае, если данные эпокси-группы будут находиться в ковалентной связи с металлическими электродами, возможно перекрытие электронных л-облаков молекулы с решёткой металла.

Показано, что присоединение к эпокси-группе молекулы трёхатомного кластера меди приводит к значительной реконфигурации молекулярных орбиталей. Энергия последней занятой орбитали (HOMO) поднимается с -8,1 эВ до -6,0 эВ, энергия 2-х нижних свободных орбиталей (LUMO и LUMO-1) падает с -0,85 и -0,7 до -3,1 и -2,2 эВ соответственно, при этом делокализация указанных л-орбиталей дополнительно увеличивается и захватывает присоединённый металлический кластер. Таким образом, растёт как вероятность инжекции электронов на свободные LUMO-орбитали, так и вероятность сброса электронов с занятых НОМО-орбиталей в зону проводимости металла (т.е. вероятность инжекции дырок). На рис. 4 в качестве примера приведена НОМО-орбиталь системы молекула - кластер.

Рис. 4. НОМО-орбиталь молекулы связанной с трёхатомным кластером меди (связь осуществлена через левую эпокси-группу)

На основании полученного значения поляризуемости молекулы эпоксидиановой смолы и условия подавления внешним электрическим полем вращательных степеней свободы молекул, осуществлён расчёт величины критического поля формирования молекулярного проводника. Данная величина составила порядка 3-Ю7 В/м, что совпало с экспериментальными значениями, полученными как для дискретного молекулярного проводника, сформированного между туннельным зондом и подложкой, так и для композитного материала (гл. 4).

Посредством варьирования величины туннельного зазора и геометрии зонда показано, что кроме условия достаточной напряженности электрического поля существует также условие достаточной локализации этого поля вдоль оси формируемого проводника. В неоднородном поле поляризованные молекулы матрицы испытывают как ориентацию вдоль силовых линий, так и смещение в направлении градиента поля. Поэтому, если поле организовано таким образом, что его градиент направлен к некоторой оси, то молекулам

будет энергетически выгодно выстраиваться на этой оси После того как это произойдет, диполь-дипольное взаимодействие молекул друг с другом обеспечит формирование молекулярного проводника

По результатам исследования туннельных зондов двух типов -вольфрамовых, приготовленных методом электрохимического травления, и платино-иридиевых, приготовленных механическим методом, предложены зонды гибридного типа, объединяющие преимущества и РШг-зондов А именно воспроизводимые малый радиус закругления (разработанная методика обеспечивала г ~ 60 нм) и большое аспектное соотношение \¥-зондов, отсутствие поверхностных окислов и наличие выступающей группы атомов у РШг-зондов Приготовление гибридных зондов основано на формировании средствами одноточечной туннельной установки металлического наномениска между зондом и РШг-поддожкой, с последующим вытягиванием и разрывом данного мениска (вытягивание мениска осуществляется в условиях проходящего по нему электрического тока определенной величины) Показано, что данные гибридные туннельные зонды в наибольшей степени отвечают задаче формирования молекулярных проводников (в частности, длина формируемых проводников достигала 600 нм) Также было отмечено, что все зонды, прошедшие вышеописанную операцию, радикально увеличивали свою разрешающую способность в СТМ, вплоть до атомного разрешения на высокоориентированном пирографите

Представлены три типа свидетельств осуществления в молекулярных проводниках баллистического транспорта электронов Данные свидетельства основаны на предельном токе единичного молекулярного проводника, величине его сопротивления и зависимости сопротивления от длины

В описание метода измерения сопротивления единичного молекулярного проводника входят следующие основные особенности Отверждение полимерной матрицы практически не влияло на величину проводимости исследуемых структур и позволяло получать стабильные молекулярные проводники, поскольку исключалось их разрушение тепловым движением молекул и дрейфом электродов Кроме того, становилась возможной контролируемая механическая деформация проводников, посредством объемного расширения матрицы при ее нагреве По мере расширения отвержденной матрицы электроды молекулярного проводника испытывают смещения относительно друг друга При достижении определенной температуры матрицы на

временных зависимостях наблюдалась серия спонтанных ступенчатых переключений сопротивления структуры, последовательно переводящих ее из низкоомного состояния в высокоомное (рис 5) Характерные особенности переключений согласуются с предполагаемым механизмом формирования молекулярного проводника из совокупности параллельных молекулярных цепочек (единичных молекулярных проводников), поочередное включение и выключение которых обуславливает наблюдаемые ступенчатые изменения сопротивления Каждая ступенька, таким образом, несет информацию о вкладе в общую проводимость структуры соответствующей молекулярной цепочки (или группы цепочек, если переключение было коллективным)

(а) .

•—- ЪЛ

Рис 5 (а) Пример осциллограмм напряжения измерительной диагонали моста при критической температуре (исходная температура 294,8 К, критическая температура 299,2 К), масштаб по оси времени — 1 мс/деление, по оси напряжений — 10 мВ/дел, (б) Внешний вид структуры, содержащей молекулярный проводник

К))

# /

Анализ переключений сопротивления молекулярного проводника показал, что по мере расширения полимерной матрицы существует диапазон состояний, в котором величины этих переключений являются делителями некоторой общей величины, значение которой составило около 13 кОм (среднее отклонение от кратности составило около 15%) Данная величина может быть интерпретирована как сопротивление одной молекулярной цепочки

За пределами указанного диапазона состояний имели место следующие особенности На низкоомном этапе переключения сопротивления, когда общее количество проводящих молекулярных цепочек еще велико, и относительный вклад отдельных цепочек незначителен, имеющаяся погрешность измерения не позволяла однозначно определить для величин переключений общее делимое В то

время как на высокоомном этапе наблюдалось увеличение значения общего делимого по мере расширения полимерной матрицы Такое поведение может быть обусловлено деформацией переключаемых молекулярных цепочек со стороны расширяющейся матрицы

Пропускание электрического тока высокой плотности через структуру позволяет осуществлять нагрев отдельных слоев матрицы, расположенных в непосредственной близости к электродам, что локализует воздействие на молекулярные цепочки и уменьшает их деформацию В экспериментах, проведенных по данной методике, величина общего делимого также составила около 13 кОм, среднее отклонение от кратности снизилось до 8%, а кроме того, уменьшилось минимальное количество одновременно переключаемых молекулярных цепочек, которое достигло 3-х штук

Таким образом, было показано, что сопротивление единичного молекулярного проводника в его исходном, недеформированном состоянии соответствует кванту сопротивления = Ы2е2 ~ 12,9 кОм

Показано, что баллистическая природа проводимости подтверждается также экспериментами по определению величины предельного тока структуры, которая составила 200-300 мА Оценки, проведенные на основе данной величины, показывают, с запасом на несколько порядков, что область диссипации энергии электронами пространственно разнесена с молекулярным проводником и находится в металлических электродах Количество параллельных молекулярных цепочек, составляющих молекулярный проводник, рассчитанное из соотношения сопротивления одной цепочки и сопротивления всей структуры, составило 2-3 тыс цепочек, что совпало с результатом оценки количества цепочек на основе соотношения радиуса закругления зонда и поперечного размера молекулы эпоксидиановой смолы

Предельный ток одной молекулярной цепочки составил порядка 100 мкА Данная величина совпала с предельным током коротких однослойных углеродных нанотрубок, проводимость которых также относят к баллистическому типу Данное обстоятельство свидетельствует об общности механизмов нарушения условий баллистического транспорта в различных по природе Ш проводниках при сверхкритических токах

Описаны эксперименты по наблюдению сопротивления структуры в процессе наращивания ее молекулярного проводника в неотвержденной эпоксидиановой матрице В них неоднократно наблюдалось отсутствие изменения сопротивления (с точностью до

единиц процентов) при увеличении длины проводника от единиц до сотен нанометров, что подтверждает отсутствие рассеяния в молекулярных цепочках в рассматриваемых пределах их длин

В третьей главе представлены результаты исследования планарных молекулярных проводников, сформированных между ориентированными углеродными нанотрубками

Формулируется содержание проблемы перехода от молекулярного проводника между туннельным зондом и подложкой, к проводнику между предварительно сформированными планарными электродами Поскольку для формирования молекулярного проводника в полимерной матрице требуется электрическое поле определенной конфигурации, то первостепенную роль играет геометрия электродов В случае зонда и подложки их геометрия обеспечивала требуемую локализацию электрического поля для зазоров, не превышающих нескольких нанометров, поэтому для формирования более протяженных молекулярных проводников требовался постепенный отвод зонда Показано, что использование в качестве планарных электродов углеродных нанотрубок, обладающих нанометрвыми размерами поперечного сечения и высоким аспектным соотношением, позволяет получать молекулярные проводники в предварительно сформированных зазорах протяженностью как минимум до 400 нм

Отмечено, что в общем случае использование углеродных нанотрубок в качестве электродов целесообразно также в силу их высокого структурного совершенства, обеспечивающего с одной стороны малый разброс параметров химических или физических связей, образуемых с исследуемыми молекулами, а с другой стороны -высокую электрическую эффективность нанотрубных электродов

Описывается методика получения структур с электродами на основе ориентированных углеродных нанотрубок, включающая следующие основные шаги нанесение углеродных нанотрубок на проводящие дорожки, расположенные на диэлектрической подложке, разрезание нанотрубок в области диэлектрика посредством локального анодного окисления (JTAO), инициируемого зондом атомно-силового микроскопа (АСМ), либо посредством травления фокусированным ионным пучком (ФИП) Исходные нанотрубки разделяются таким образом на две взаимно ориентированные части (рис 6)

Рис. 6. Разрезание нанотрубок средствами АСМ (а) и средствами ФИП (б)

Приводятся следующие выявленные закономерности процесса модификации углеродных нанотрубок (УНТ). В случае Л АО величина критического напряжения окисления демонстрировало чувствительность к тому, находятся ли модифицируемые нанотрубки в одиночном состоянии или объединены в пучок. В обоих случаях на зонд подавались импульсы отрицательного потенциала амплитудой от -6 до -10 В и длительностью до 100 мс. Количество требуемых импульсов возрастало по мере увеличения диаметра пучка.

В случае ФИП основным параметром, определяющим результат воздействия на нанотрубку, является величина дозы (ускоряющее напряжение составляло фиксированные 30 КэВ). Для уменьшения получаемых зазоров было предложено проводить многопроходную обработку нанотрубок при заниженной в несколько раз дозе одного прохода. В этом режиме нанотрубка постепенно накапливала дефекты, которые в итоге приводили к её локальному разрушению. Таким образом были получены разрезы протяжённостью 40-10 нм (рис. 7).

Рис. 7. Пучок УНТ на проводящих дорожках, разрезанный при помощи ФИП по многопроходной методике (ЫапоРаЬ-100, ФИП изображение); вверху - до разрезания; внизу - после разрезания

о

3 мкм

Описываются закономерности формирования молекулярного проводника между УНТ электродами. Напряжение формирования молекулярного проводника в эпоксидиановой матрице, введенной в такую структуру, составляло от 3 до 10 В, для зазоров от 10 до 400 нм. Полученные планарные молекулярные проводники отличались большой стабильностью даже в неотвержденной матрице, что может быть связано как с меньшими, относительно системы зонд - подложка, дрейфами электродов, так и с эпитаксиальным влиянием поверхности твердого тела.

Показано, что проводимость планарных молекулярных проводников проявляет чувствительность к внешнему электрическому полю. Для всех исследованных структур наблюдалось увеличение проводимости при отрицательном смещении затвора, в то время как реакция на положительное смещение менялась в зависимости от структуры. В результате, примерно половина структур проявила униполярную управляемость, в то время как другая половина -биполярную. Приложение к затвору положительного фронта напряжения приводило к увеличению сопротивления, вплоть до перехода структуры в стабильное высокоомное состояние. Для возврата в исходное состояние необходимо было вновь приложить напряжение сток - исток не более 10 В. В этом режиме работы экспериментальное устройство проявляло свойства молекулярного переключателя или энергонезависимой ячейки памяти. На рис. 8 приведён пример семейства ВАХ одной из структур. Роль затвора играл слой высоколегированного кремния, расположенный под слоем термического оксида толщиной 200 нм. Основной вклад в сопротивление структуры вносят контактные сопротивления нанотрубка/проводящая дорожка. Следует также отметить, что в качестве электродов использовались многостенные углеродные нанотрубки, которые сами по себе не проявляли сколько-нибудь заметной управляемости.

30

20

40

10

О1

0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

2 '

3

Рис. 8. ВАХ цепи с молекулярным проводником при различных напряжениях затвора ^: 1-^ = 0 В; 2 - Щ = - 10 В; 3 - Щ = 10 В. Кривая 4 соответствует

молекулярному проводнику после переключения напряжения затвора с -20 на +20 В, со времен переходного процесса порядка 0,1 мс.

Кроме ВАХ линейного типа наблюдались также нелинейные ВАХ, и ВАХ с выраженным напряжением «включения». На рис. 9 приведено распределение исследованных структур по типам ВАХ.

Рассматриваются различные теоретические модели применительно к описанию электронного транспорта в исследуемых

структурах.

9 --------------------------------------------------------------------------------

8- -

7 - -

6 ---------------------------

—........

4- -—

—II

2—н—в—в—и

1—И—И—Н—и

0+ — — а Ъ с с)

Рис. 9. Распределение экспериментальных структур по типам ВАХ; а- линейные ВАХ, Ь -степенные ВАХ переходящие в линейные при подаче определённого напряжения на затвор; с — степенные ВАХ; с1 - ВАХ с выраженным пороговым напряжением

Показано, что ВАХ части структур согласуются с моделью латтинжеровской жидкости (ЛЖ) и представляют собой степенные зависимости 1(У) характеризующиеся параметром (3, лежащим в диапазоне от 1 до 2,5 (с относительным среднеквадратичным отклонением ВАХ от указанной степенной зависимости от 2,0 до 3,4%). Значение параметра взаимодействия § для исследуемых структур составило от 0,25 до 1. В приближении скейлинга по температуре, данные значения параметра g означают, что отталкивающее электрон-электронное взаимодействие оказывает относительно слабое влияние на транспорт в исследуемых Ш проводниках. Кроме того, это свидетельствует о малом вкладе в электронный транспорт туннелирования через барьеры вдоль ЛЖ, в частности, через внутримолекулярные переходы, разделяющие проводники на систему сегментов ЛЖ. Для ВАХ другой части структур, имеющих выраженное пороговое напряжение «включения», показано, что они согласуются с моделью квантового провода, спектр поперечного квантования которого целиком вытеснен из зоны проводимости электродов-«берегов». Выдвинута гипотеза, что различие в типах ВАХ исследуемых структур обусловлено содержанием поверхностью диэлектрика случайным образом распределенных связанных зарядов. Кулоновский потенциал данных зарядов изменяет расположение уровней поперечного квантования молекулярного проводника относительно уровня Ферми

металлических электродов В рамках данной гипотезы также получает объяснение наблюдаемая для отдельных структур несимметричность порогового напряжения Однако спрямление ВАХ, происходящее при приложении напряжения смещения к затворному электроду, в некоторых случаях носит униполярный характер (рис 10), что свидетельствует о наличии суперпозиции нескольких механизмов модуляции проводимости

Рис 10 Статические ВАХ структуры на основе молекулярного проводника в эпоксидиановой матрице при —:с различных напряжениях

затвора С/^

1- иё=о,

2,3-иё= ±10 В

Г

I, НА

♦ф" 2 3 * 1

* *

«Г »

У

Относительно механизмов модуляции проводимости молекулярного проводника поперечным полем затвора отмечено, что объяснение наблюдаемых эффектов, возможно, потребует привлечения теории молекулярной механики и описания перестройки молекулярного проводника в поперечном электрическом поле вблизи поверхности твёрдого тела В то время как продольное электрическое поле сток -исток ориентирует молекулы в линейные проводящие цепочки, поперечное поле затвора должно вызывать частичную переориентацию молекул Кроме того, внешнее электрическое поле может влиять на взаимную пространственную ориентацию бензольных колец, входящих в состав молекулярных цепочек Согласно ряду работ, ориентация бензольных колец влияет на перекрытие я-орбиталей и тем самым модулирует электрическую проводимость молекулы

В четвертой главе представлены результаты исследования композитного материала основанного на молекулярных проводниках

Высказано предположение, согласно которому для перехода от дискретных элементов к макроскопическому материалу необходимо обеспечить условия упорядочивания молекул диэлектрической матрицы в молекулярные проводники в значительном объеме матрицы Согласно

результатам, изложенным в главе 2, это означает необходимость обеспечить в соответствующих участках матрицы электрическое поле, которое будет иметь осевую пространственную конфигурацию, и величина которого будет превышать критическое значение Простой вариант создания такого электрического поля достигается при помощи введения в исходную матрицу проводящих частиц определенной геометрии, причём концентрация данных частиц должна быть ниже порога перколяции (т е частицы должны быть отделены друг от друга зазорами) При приложении внешнего электрического поля на проводящих частицах индуцируются электрические заряды (эффект поляризации проводящих частиц), что приводит к локализации электрического поля в зазорах между частицами Геометрия частиц и величина зазоров между ними должны быть выбраны таким образом, чтобы локализация электрического поля удовлетворяла условиям формирования молекулярных проводников В главе 3 было показано, что использование углеродных нанотрубок в качестве электродов молекулярного проводника позволяет обеспечить требуемую локализацию электрического поля для достаточно протяженных зазоров (как минимум до 400 нм) Кроме того, полученные результаты свидетельствуют о принципиальной возможности создания эффективного, с точки зрения электронного транспорта, интерфейса между молекулярным проводником и углеродной нанотрубкой В связи с этим представляется целесообразным использование углеродных нанотрубок в качестве проводящих частиц, которые после внедрения в полимерную матрицу будут играть роль системы распределённых наноразмерных электродов и обеспечивать условии организации единой сети молекулярных проводников

Описывается метод введения углеродных нанотрубок в эпоксидиановую матрицу, обеспечивающий отсутствие перколяции нанотрубок (средняя величина зазора, разделяющего нанотрубки, составляла порядка 200 нм) В основе лежит эмпирический способ определения порога перколяции, предполагающий использование рэперных образцов, в которых эпоксидиановая матрица заменена глицериновой, молекулы которой не способны осуществлять электронный транспорт

Показано, что величина электрического поля, соответствующая переходу эпоксидианового образца композита в проводящее состояние, составляет -2,8107 В/м, что хорошо согласуется со значением, полученными в экспериментах с дискретным молекулярным

проводником, и значением, рассчитанным на основе поляризуемости молекулы эпоксидиановой смолы (гл 2)

Исходная удельная проводимость образцов композита составляла -0,7 10"7 (Ом м)"1 После перевода образцов в проводящее состояние, их удельная проводимость, в зависимости от метода структурирования матрицы, составляла от 0,610"4 (Ом м)"1 до 10 (Омм)"1 (рис 11) Различные методы приготовления проводящего композита были предложены в связи с обнаружением факторов, ограничивающих удельную проводимость получаемого композитного материала Если к внешним электродам образца прикладывать постоянное напряжение смещения, то в полной мере проявляются следующие два ограничивающих фактора Первый фактор может быть сформулирован следующим образом Принципиальное отличие дискретного элемента от аналогичного элемента, выделенного в объеме композита, заключается в том, что в первом случае напряжение смещения, подаваемое на нанотрубные электроды, может быть сохранено постоянным в течение всего процесса формирования молекулярного проводника В случае композита, обмен первыми электронами между соседними нанотрубками (а такой обмен может произойти уже на начальном этапе структурирования матрицы в молекулярный проводник) приведет к выключению электрического поля в зазоре (электрическая емкость нанотрубок чрезвычайно мала) и прекращению процесса формирования молекулярного проводника После выравнивания потенциалов между двумя нанотрубками при помощи недоструктурированного молекулярного проводника аналогичный процесс повторяется для следующего зазора В результате, несмотря на то, что образец композита переходит в проводящее состояние, его молекулярные проводники остаются слабоструктурированными и обладают большим сопротивлением

Второй обнаруженный ограничивающий фактор заключается в образовании малого количества сквозных цепочек [нанотрубка-молекулярный проводник]п, что связано с перераспределением напряжения с образца на балластный резистор сразу после формирования первых сквозных цепочек Необходимость наличия высокоомного балластного резистора, в свою очередь, обусловлена необходимостью ограничения переходного тока, возникающего в цепи при коммутации внешних электродов проводящими цепочками В условиях отсутствия балластного резистора наблюдалось разрушение формируемых проводящих цепочек

Показано, что влияние данных ограничивающих факторов может быть уменьшено посредством использования прямоугольных импульсов напряжения, характеризующихся крутым фронтом, а также посредством механического воздействия на образец (включая ультразвуковое воздействие). Согласно используемой модели, указанные меры позволяют локализовывать электрическое поле на отдельных участках композитного материала и в результате увеличивать концентрацию и степень структурированности молекулярных проводников.

Для выяснения верхнего предела проводимости исследуемого композитного материала был проведён эксперимент с образцами малой протяжённости (300 мкм), для которых указанные ограничивающие факторы могут быть минимизированы. Достигнутая проводимость таких образцов, однако, была ограничена мощностью используемого источника питания. Тем не менее, она на 2-3 порядка превысила удельную проводимость традиционных композитных материалов на основе перколированных нанотрубок. Таким образом, вопрос истинного предела проводимости предложенного материала остаётся открытым.

Отмечено, что рэперные образцы, в которых эпоксидиановая матрица была заменена на глицериновую, в описанных условиях не демонстрировали эффекта повышения проводимости, вплоть до напряжения пробоя матрицы.

Рис. 11. Удельная проводимость композитного материала для различных ,п>, методик приготовления (номер

методики указан на оси абсцисс); №1 -структурирование матрицы

постоянным напряжением смещения, №2 - дополнительно поданы прямоугольные импульсы напряжения, №3 - дополнительно применены

механические воздействия, №4 -

1 2 з 4 5 № дополнительно применено

ультразвуковое воздействие, №5 -композитный материал малой протяжённости

ю

ю -2 10 -з 10

104

Затронут вопрос предполагаемых механических свойств исследуемого материала Показано, что на основании высокой электрической эффективности интерфейса углеродная нанотрубка -молекулярный проводник можно ожидать также повышенной механической прочности композитного материала

Получены образцы отверждённого композитного материала Показано, что данные образцы обладают проводимостью только относительно тех внешних электродов, через которые в процессе отверждения протекал электрический ток Получены образцы, которые можно рассматривать как физическую модель тонкопленочного (толщина 10-50 нм) композитного материала. Показано, что в данном случае, наряду с упомянутыми ограничивающими факторами (которые сохраняют свою актуальность и для 2В систем) имеет место ухудшение параметров интерфейса нанотрубка/молекулярный проводник вследствие применения поверхностно-активного вещества при формировании монослоя нанотрубок

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1 Выполнено численное моделирование молекулы эпоксидиановой смолы и системы молекула - кластер металла, на основе полученной из модели величины поляризуемости рассчитана критическая напряженность электрического поля формирования молекулярного проводника, получено согласие с экспериментом, показано, что верхние занятые и нижние свободные молекулярные орбитали относятся к я-орбиталям, причем их энергия и степень делокализации позволяют сделать вывод о возможности участия данных орбиталей в электронном транспорте

2 Выявлено необходимое условие формирования молекулярного проводника в матрице эпоксидиановой смолы, связанное с пространственной конфигурацией внешнего электрического поля

3 Предложена методика получения гибридных туннельных зондов для задачи формирования молекулярных проводников, позволяющая объединить преимущества вольфрамовых зондов, приготовленных методом электрохимического травления, и платино-иридиевых зондов, приготовленных механическим методом

4 Предложена методика переключения сопротивления массива параллельных молекулярных проводников, основанная на нагреве

приэлектродных слоев матрицы проходящим электрическим током высокой плотности, позволяющая увеличить точность измерения сопротивления единичного молекулярного проводника в его исходном, недеформированном состоянии

5 Показано, что сопротивление единичного молекулярного проводника соответствует кванту сопротивления 11/2е2 ~ 12,9 кОм

6 Выявлен предел токовой нагрузки молекулярной структуры, на основании которого показано отсутствие диссипации энергии в молекулярном проводнике

7 Показано, что предельный ток единичного молекулярного проводника совпадает с предельным током однослойных УНТ с баллистическим режимом проводимости

8 Показано отсутствие зависимости сопротивления молекулярного проводника от его длины, что подтверждает вывод о баллистической природе электронного транспорта в рассматриваемых пределах длин

9 Разработана и экспериментально реализована концепция планарного молекулярного проводника с электродами на основе ориентированных УНТ, разработана методика получения электродов на основе ориентированных УНТ

10 Выявлены полевой эффект и эффект переключения сопротивления в структурах на основе планарного молекулярного проводника

11 Проанализирована применимость различных теоретических моделей для описания электронного транспорта в структурах на основе планарного молекулярного проводника, показано, что наиболее корректным является описание в рамках модели латтинжеровской жидкости и модели квантового провода

12 Разработана и экспериментально реализована концепция композитного материала на основе молекулярных проводников, сформированных в диэлектрической матрице, выявлены факторы, ограничивающие удельную проводимость полученных образцов композитного материала, предложены методы по уменьшению влияния данных факторов

13 Получены образцы неперколированного композитного материала на основе углеродных нанотрубок в эпоксидиановой матрице, удельная проводимость которых на 2-3 порядка превышает проводимость традиционных композитов на основе перколированных УНТ

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1 Хартов С В Спонтанное квантование проводимости молекулярного канала сформированного в полимерной матрице // Тезисы докладов конференции «Микроэлектроника и информатика-2005» М МИЭТ 2005 С 49

2 Хартов С В , Неволин В К Исследование электрофизических свойств молекулярного канала проводимости сформированного в полимерной матрице// Тезисы докладов конференции «Электроникаинформатика-2005» М МИЭТ 2005 С41-43

3 Хартов С В , Ивченко А И , Кравченко И В , Терентьев А И Исследование электрофизических свойств молекулярных проводников и условий их формирования в полимерной матрице // Тезисы докладов конференции инновационных проектов «Индустрия наносистем и материалы» М МИЭТ

2005 С 221-226

4 Бобринецкий И И , Неволин В К, Хартов С В , Чаплыгин Ю А Модуляция проводимости квазиодномерных молекулярных микропроводников // Письма в ЖТФ 2005 Т 31 В 20 С 57-60

5 Хартов С В, Бараш С В Получение проводящего нанокомпозита на основе эпоксидиановой смолы и углеродных нанотрубок // Тезисы докладов конференции «Микроэлектроника и информатика - 2006» М МИЭТ 2006 С6

6 Хартов С В, Бараш С В Организация молекулярных проводников в полимерной матрице, заполненной углеродными нанотрубками // Тезисы докладов конференции «Международная научно-техническая школа-конференеция «Молодые ученые - науке, технологиям и профессиональному образованию в электронике» Москва 2006 С 280-283

7 Хартов С В , Бараш С В , Агапов А С Получение проводящего нанокомпозита на основе эпоксидиановой смолы и углеродных нанотрубок // Тезисы докладов конференции инновационных проектов «Индустрия наносистем и материалы» М МИЭТ

2006 С 24-26

8 Чаплыгин Ю А, Неволин В К, Хартов С В Баллистические молекулярные проводники в матрице эпоксидиановой смолы // Доклады Академии Наук, 2007, Т 412, № 6, С 1-4

9 Хартов С В , Ромашкин А В , Петухов В А Проводимость композитного материала углеродные нанотрубки - полимерная матрица в условиях отсутствия перколяции // Тезисы докладов конференции «Микроэлектроника и информатика - 2007» M МИЭТ 2007 С 22

10 Хартов С В , Неволин В К, Бобринецкий И И, Чаплыгин Ю А Способ формирования планарных молекулярных проводников в полимерной матрице // Патент РФ на изобретение №2307786 (приоритет 02 05 06)

11 Хартов С В, Бараш С В , Неволин В К Проводящая молекулярная структура // Заявка на патент РФ Регистрационный номер №2006145989

Автореферат

Хартов Станислав Викторович

Молекулярные проводники в матрице эпоксидиановой смолы: формирование, исследование, приложения

Подписано в печать 17 04 2008

Заказ №39 Тираж 90 экз Уч-изд л 1,2 Формат 60x84 1/16

Отпечатано в типографии ИПК МИЭТ

124498, Москва, Зеленоград, проезд 4806, д 5, МИЭТ

Оглавление.

Введение.

Глава X. Состояние вопроса по созданию элементной базы молекулярной электроники.

1.1. Одиночные молекулы в роли активных элементов электроники.

1.2. Подходы к интеграции молекулярных функциональных элементов.

1.3. Перспективные архитектуры молекулярной электроники.

1.3.1. Квантово-точечные клеточные автоматы.

1.3.2. Коммутированные массивы.:.

1.3.3. Архитектура NanoCell.

Выводы по главе 1.

Глава 2. Молекулярные проводники сформированные в матрице эпоксидиановой смолы.

2.1. Эпоксидиановая смола - хороший диэлектрик или прекрасный проводник?.

2.2. Численное моделирование молекулы эпоксидиановой смолы.

2.3. Условия организации молекулярного проводника.

2.4. Исследование туннельных зондов различных типов по критерию выполнения условий формирования молекулярного проводника.

2.4.1. Платино-иридиевые зонды приготовленные механическим методом.

2.4.2. Вольфрамовые зонды приготовленные электрохимическим методом.

2.4.3. «Гибридные» туннельные зонды.

2.5. Баллистический транспорт в молекулярных проводниках.

2.5.1. Термическое переключение проводимости молекулярного проводника.

2.5.1.1. Молекулярный проводник в отвержденной матрице.

2.5.1.2. Однородный нагрев матрицы.

2.5.1.3. Нагрев приэлектродных слоев матрицы.

2.5.2. Предельный ток проводимости молекулярного проводника и зависимость его сопротивления от длины.

Выводы по главе 2.

Глава 3. Пленарные молекулярные проводники.

3.1. Проблема получения молекулярного проводника между предварительно сформированными планарными электродами.

3.2. Преимущества углеродных нанотрубок в качестве электродов.

3.3. Создание структур с электродами на основе УНТ.

3.4. Формирование молекулярного проводника между

УНТ электродами.

3.5. Модуляция и выключение проводимости планарного молекулярного проводника электрическим полем затвора.

3.6. Модель электронного транспорта в молекулярном проводнике.

3.6.1. Применимость известных моделей.

3.6.2. Модель квантового провода.

3.6.2.1. Геометрические характеристики квантовых проводов.

2.5.1.2. Основные расчетные соотношения.

2.5.1.3. Типы статических вольтамперных характеристик квантовых проводов.

2.5.1.3. Сравнение расчётных вольтамперных характеристик с экспериментальными данными.

3.7. О возможности перехода к интегральному исполнению функциональных элементов на основе молекулярных проводников в полимерной матрице.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Проводящий композитный материал на основе молекулярных проводников.

4.1. Концепция композитного материала.

4.2. Соблюдение условия отсутствия перколяции.

4.3. Переход композита в проводящее состояние.

4.4. Напряжённость структурирующего электрического поля.

4.5. Удельная проводимость композита.

4.5.1. Сравнение с удельной проводимостью дискретного элемента.

4.5.2. Механизмы ограничения проводимости.

4.5.3. Композит малой протяжённости.

4.6. Отверждённый композит.

4.7. Альтернативные способы обеспечения условий формирования молекулярных проводников.

4.8. Тонкоплёночный композит.

Выводы по главе 4.

Актуальность диссертационной работы

В основе сегодняшних успехов традиционной кремниевой электроники лежат колоссальные усилия, предполагающие миллионы человеко-часов работы и триллионы долларов инвестиций. В связи с этим внедрение принципиально новой технологии, предполагающей замещение сложившейся полупроводниковой' 1 индустрии, представляется задачей далёкой от практической реализации. С другой стороны, рассчитывать на то, что технология полувековой давности, уже сегодня испытывающая затруднения в удовлетворении возрастающих требований, будет и в будущем продолжать оставаться основной технологией, вряд ли возможно. Чтобы разрешить данное противоречие необходимо разработать новую технологию, которая, фокусируясь на слабых сторонах кремниевой технологии, будет использовать её сильные стороны. Такая технология обеспечит переход от «замещающей» стратегии проникновения к «дополняющей», при которой на начальном этапе будут создаваться продукты для отдельных ниш рынка, удовлетворяющие критерию совместимости с традиционными устройствами кремниевой микроэлектроники. По ходу совершенствования новой технологии данный процесс будет расширяться, вплоть до своего логического завершения - перехода к новой индустрии электроники. На настоящий момент существуют определённые предпосылки к тому, что это будет индустрия молекулярной электроники (значительную часть актива которой, безусловно, составят достижения традиционной микроэлектронной технологии).

Молекулы являются продуктом процессов самоорганизации. Сумев применить их в качестве функциональных элементов, можно получить идеальную воспроизводимость последних. Уже сейчас в небольшом реакторе может быть синтезирован один моль молекулярных переключателей, что больше, чем суммарное количество транзисторов, сделанных за всю историю. При этом данные переключатели будут обладать высокой идентичностью, вплоть до полной их неразличимости. Другое преимущество подхода использования молекул в качестве активных элементов заключается в их впечатляющем многообразии и функциональности. Существует чрезвычайно большое количество сложных молекул, и их разнообразные химические' и электронные функции открывают много новых возможностей.

Естественно, что решая краеугольные проблемы кремниевой микроэлектроники, молекулярная электроника ставит свои специфические задачи, такие как формирование выводов к молекулам, адресация отдельных молекул, обеспечение сохранения уровня сигнала и др. Однако следует отметить, что последние успехи в области молекулярной электроники, связанные с синтезом новых молекул, применением процессов самоупорядочивания, разработкой новых, адаптированных под молекулярную электронику, архитектур, послужили убедительным ответом на многие замечания скептиков. На рынок стали выходить start-up компании, специализирующиеся в области молекулярной электроники. Пока основное направление деятельности таких компаний заключается в привлечении средств инвесторов для осуществления НИОКР, а также в опережающем оформлении интеллектуальной собственности. Однако есть и такие, которые как, например компания Nantero, объявили о начале открытого лицензирования разработанной ими технологии [1]. В России в области молекулярной электроники также имеется ряд результатов мирового уровня. Отставание в ещё только формирующейся и акцентированно наукоемкой области далеко не столь значительно, как в случае традиционной кремниевой электроники. В свете сказанного актуальность исследований направленных на создание перспективной элементной базы молекулярной электроники представляется несомненной.

Цель работы и задачи

Целью диссертационной работы являлось установление свойств молекулярных проводников, выявление закономерностей их формирования в матрице эпоксидиановой смолы, исследование приложений структур данного типа в задачах электроники и материаловедения.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

1. Провести численное моделирование молекулы эпоксидиановой смолы.

2. Выявить условия, при которых происходит формирование молекулярного проводника в матрице эпоксидиановой смолы.

3. Исследовать требования к электродам молекулярного проводника и найти подходы к формированию таких электродов.

4. Выявить механизм электронного транспорта в исследуемых молекулярных проводниках.

5. Разработать методы формирования экспериментальных структур, позволяющих исследовать поведение молекулярного проводника в поперечном электрическом поле.

6. Исследовать поведение структур на основе планарных молекулярных проводников в поперечном электрическом поле.

7. Разработать и реализовать концепцию композитного материала на основе молекулярных проводников.

Научная новизна работы

В ходе проведенных исследований впервые были получены следующие результаты:

1. Выявлена совокупность ключевых факторов, определяющих формирование молекулярного проводника в матрице эпоксидиановой смолы.

2. Рассчитана величина критического поля формирования молекулярного проводника на основе полученной методом численного моделирования поляризуемости молекулы эпоксидиановой смолы; показано согласие полученной величины критического поля с экспериментальным значением.

3. Предложена методика получения гибридных туннельных зондов для задачи формирования молекулярных проводников, позволяющая объединить преимущества вольфрамовых зондов, приготовленных методом электрохимического травления, и платино-иридиевых зондов, приготовленных механическим методом.

4. Предложена методика переключения сопротивления массива параллельных молекулярных проводников, основанная на нагреве приэлектродных слоев матрицы проходящим электрическим током высокой плотности.

5. Установлен предельный ток единичного молекулярного проводника и показано, что он совпадает с предельным током однослойных углеродных нанотрубок с баллистическим режимом проводимости.

6. Посредством теплового расчёта, выполненного на основе предельного тока молекулярного проводника, показано отсутствие диссипации энергии в молекулярных проводниках в пределах длин как минимум до 200 нм.

7. Разработана и экспериментально реализована концепция планарных молекулярных проводников в полимерной матрице между электродами на основе ориентированных углеродных нанотрубок.

8. Выявлены полевой эффект и эффект переключения сопротивления в структурах на основе планарного молекулярного проводника.

9. Разработана и экспериментально реализована концепция композитного материала на основе молекулярных проводников.

10. Показано, что формирование молекулярных проводников между частицами дисперсной фазы неперколированного композитного материала позволяет как минимум на 2-3 порядка повысить его проводимость относительно проводимости композитного материала с перколированной дисперсной фазой, характеризующейся как минимум в два раза большей концентрацией.

Достоверность научных положений, результатов и выводов

Полученные экспериментальные результаты и разработанные методики подтверждаются известными теоретическими моделями, а также согласуются с результатами опубликованных отечественных и зарубежных работ.

Теоретическая значимость исследования состоит в выявлении закономерностей формирования и электрической проводимости молекулярных проводников в матрице эпоксидиановой смолы. Основные положения и выводы, содержащиеся в диссертации, могут быть использованы при дальнейшем развитии теории электронного транспорта в квазиодномерных органических проводниках и теории микромеханики и химии молекул в сильно неоднородных электрических полях.

Практическая значимость исследования состоит в том, что полученные результаты могут быть применены для создания элементной базы молекулярной электроники, а также для создания композитных материалов нового типа. Кроме того, результаты исследования могут быть использованы в преподавании курсов «Основы наноэлектроники», «Основы зондовых нанотехнологий» и др.

Основные научные положения, выносимые на защиту

1. Организация молекулярного проводника в эпоксидиановой матрице происходит при выполнении условий превышения напряжённостью электрического поля критической величины, составляющей порядка п

3-10 В/м, и достаточной степени локализации электрического поля на оси формируемого проводника.

2. Предложенный метод переключения сопротивления массива параллельных молекулярных проводников, основанный на нагреве приэлектродных слоев матрицы, обеспечивает понижение количества одновременно переключаемых молекулярных проводников до 3-х и уменьшает деформацию переключаемых молекулярных проводников, что увеличивает точность измерения сопротивления единичного молекулярного проводника в его исходном, недеформированном состоянии.

3. В эпоксидиановой матрице могут быть сформированы молекулярные проводники, обеспечивающие баллистический транспорт электронов на длинах как минимум до 200 нм.

4. Предельный ток единичного молекулярного проводника совпадает с предельным током однослойных углеродных нанотрубок с баллистическим режимом проводимости.

5. Предложенный метод формирования электродов на основе ориентированных углеродных нанотрубок позволяет получать планарные молекулярные проводники.

6. Структуры на основе планарных молекулярных проводников проявляют полевой эффект и эффект переключения сопротивления.

7. Предложенный метод, основанный на формировании молекулярных проводников, позволяет получать композитный материал, обладающий существенной проводимостью при концентрации дисперсной фазы ниже порога перколяции.

8. Формирование молекулярных проводников между частицами дисперсной фазы неперколированного композитного материала позволяет как минимум на 2-3 порядка повысить его проводимость относительно проводимости композитного материала с перколированной дисперсной фазой, характеризующейся как минимум в два раза большей концентрацией.

Апробация работы

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

•f XIV всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика-2007» (М. 2007);

S Всероссийский конкурсный отбор инновационных проектов молодых ученых, аспирантов и студентов "Электроника 2006» (М. 2006);

•S Конференция инновационных проектов «Индустрия наносистем и материалы» (М. 2006);

S Международная научно-техническая школа-конференеция «Молодые учёные - науке, технологиям и профессиональному образованию в электронике» (М. 2006);

S XIII всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика-2006» (М. 2006);

•S 1-я ежегодная Московско-Баварская студенческая научная школа MB-JASS (М. 2006);

S Конференция инновационных проектов «Индустрия наносистем и материалы» (М. 2005);

•S VII Международная научно-техническая конференция «Электроника и информатика - 2005» (М. 2005);

S XII всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика-2005» (М. 2005);

Публикации

Основные результаты исследования, проведенного соискателем, изложены в 9 печатных источниках, опубликованных в отечественной литературе, включая журнал «Доклады Академии Наук». Кроме того, по теме работы соискателем поданы 2 заявки на патент РФ, а также опубликованы 7 работ и поданы 4 заявки на патент РФ, 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. Выполнено численное моделирование молекулы эпоксидиановой смолы и системы молекула - кластер металла; на основе полученной из модели величины поляризуемости рассчитана критическая напряжённость электрического поля формирования молекулярного проводника, получено согласие с экспериментом; показано, что верхние занятые и нижние свободные молекулярные орбитали относятся к л-орбиталям, причём их энергия и степень делокализации позволяют сделать вывод о возможности участия данных орбиталей в электронном транспорте.

2. Выявлено необходимое условие формирования молекулярного проводника в матрице эпоксидиановой смолы, связанное с пространственной конфигурацией внешнего электрического поля.

3. Предложена методика получения гибридных туннельных зондов для задачи формирования молекулярных проводников, позволяющая объединить преимущества вольфрамовых зондов, приготовленных методом электрохимического травления, и платино-иридиевых зондов, приготовленных механическим методом.

4. Предложена методика переключения сопротивления массива параллельных молекулярных проводников, основанная на нагреве приэлектродных слоёв матрицы проходящим электрическим током высокой плотности, позволяющая увеличить точность измерения сопротивления единичного молекулярного проводника в его исходном, недеформированном состоянии.

5. Показано, что сопротивление единичного молекулярного проводника соответствует кванту сопротивления к-h /е ~ 12,9 кОм.

6. Выявлен предел токовой нагрузки молекулярной структуры, на основании которого показано отсутствие диссипации энергии в молекулярном проводнике.

7. Показано, что предельный ток единичного молекулярного проводника совпадает с предельным током однослойных УНТ с баллистическим режимом проводимости.

8. Показано отсутствие зависимости сопротивления молекулярного проводника от его длины, что подтверждает вывод о баллистической природе электронного транспорта в рассматриваемых пределах длин.

9. Разработана и экспериментально реализована концепция планарного молекулярного проводника с электродами на основе ориентированных УНТ; разработана методика получения электродов на основе ориентированных УНТ.

10. Выявлены полевой эффект и эффект переключения сопротивления в структурах на основе планарного молекулярного проводника.

11. Проанализирована применимость различных теоретических моделей для описания электронного транспорта в структурах на основе планарного молекулярного проводника; показано, что наиболее корректным является описание в рамках модели латтинжеровской жидкости и модели квантового провода.

12. Разработана и экспериментально реализована концепция композитного материала на основе молекулярных проводников, сформированных в ^ диэлектрической матрице; выявлены факторы, ограничивающие удельную проводимость полученных образцов композитного материала; предложены методы по уменьшению влияния данных факторов.

13. Получены образцы неперколированного композитного материала на основе углеродных нанотрубок в эпоксидиановой матрице, удельная проводимость которых на 2-3 порядка превышает проводимость традиционных композитов на основе перколированных УНТ.

Таким образом, в результате проведенных автором исследований электрофизических свойств и закономерностей формирования молекулярных проводников в матрице эпоксидиановой смолы, создан существенный научно-технологический задел, обеспечивающий основу для дальнейших работ по исследованию и применению структур данного типа в рамках решения задач электроники и материаловедения.

БЛАГОДАРНОСТЬ

Автор выражает благодарность и искреннюю признательность своему руководителю профессору В.К. Неволину за проявленное понимание и помощь на всех этапах работы.

Также автор благодарит Э.Г. Ракова (РХТУ), А.В. Крестинина (ИПХФ РАН, Черноголовка) и А.Г. Ткачева (ТГТУ), предоставивших материал углеродных нанотрубок для исследований.

Автор искренне благодарит за полезные обсуждения и помощь на различных этапах работы И.И. Бобринецкого и М.М. Симунина.

За существенную помощь в проведении экспериментальных исследований автор благодарит А.В. Ромашкина, В.А. Петухова и С.В. Бараш.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ

СЗМ - сканирующая зондовая микроскопия;

СТМ - туннельная микроскопия;

АСМ - атомно-силовая микроскопия;

ОДС - отрицательное дифференциальное сопротивление;

ОФЭ - олигофениленэтинилен;

ВАХ - вольтамперная характеристика;

КЗ - короткое замыкание;

ВОПГ - высокоориентированный пиролитический графит;

КТР - коэффициент термического расширения;

УНТ - углеродная нанотрубка/нанотрубки;

ОУНТ - одностенные углеродные нанотрубки;

МУНТ - многостенные углеродные нанотрубки;

ПМД - перехода металл - диэлектрик;

ЛЖ - латтинжеровская жидкость;

ВК - вигнеровский кристалл;

ЭЭВ - электрон-электронное взаимодействие;

VRH - variable-range hopping (прыжковая проводимость с переменной длиной прыжка);

FIT - fluctuation-induced tunneling (флуктуационное туннелирование);

3D - three-dimensional (трёхмерный);

Q1D - quantum one-dimensional (квантовый одномерный);

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Feeney J. Nanotech Takes Aim at the Memory Market // NanoFile. 2006. Volume 2. Issue 1. p. 1-6.

2. Aviram A, Ratner M.A. Molecular Rectifiers // Chemical Physics Letters. 1974. 29(2): p. 277-283.

3. Petty, M.C., Bryce M.R., Bloor D. Introduction to Molecular Electronics. 1995, New York: Oxford.

4. Aviram A., Ratner M.A. Molecular Electronics: Science and Technology. 1998, New York: New York Academy of Sciences.

5. Fagan P.J., Ward M.D. Building Molecular-Crystals// Scientific American. 1992. 267(1): p. 48-54.

6. Joachim C., Vinuesa J.F. Length dependence of the electronic transparence of a molecular wire//Europhysics Letters. 1996. 33(8): p. 635-640.

7. Chen J. Large on-off ratios and negative differential resistance in a molecular electronic device// Science. 1999. 286(5444): p. 1550-1552.

8. Collier C.P. Electronically configurable molecular-based logic gates // Science. 1999. 285(5426): p. 391-394.

9. Picciotto A., EKlare J., Nuckolls C., et al. Prevalence of Coulomb blockade in electro-migrated junctions with conjugated and non-conjugated molecules // Nanotechnology. 2005. 16. p. 3110-3114.

10. Pearson D.L., Tour J.M. Rapid Syntheses of 01igo(2,5-thiophene-ethynylene)s with Thioester Termini: Potential Molecular Scale Wires With Alligator Clips // J. Org. Chem. 1997. 62. 1376-1387.

11. Adams R.D., Barnard Т., Rawlett A., et al. The Coordination of a Thiolate Terminated Molecular Scale Wire' Linked to a Triosmium Cluster // Eur. J. Inorg. Chem. 1998. 429-431.

12. Seminario J.M., Zacarias A.G., Tour J.M., et al. Theoretical Interpretation of Conductivity Measurements of a Thiotolane Sandwich // J. Am. Chem. Soc. 1998. 120. 3970-3974.

13. Tour J.M., Kozaki M., Seminario J.M., et. al. Molecular Scale Electronics: A Synthetic/Computational Approach to Digital Computing // J. Am. Chem. Soc. 1998. 120. 8486-8493.

14. Gribble G.W., Nutaitis C.F. Paracyclophane and Paracyclophane // Tetrahedron Lett. 1985. 6023.

15. Jones L., Schumm J.S., Tour J.M. Rapid Solution and Solid Phase Syntheses of 01igo(l,4-phenylene-ethynylene)s With Thioester Termini: Molecular Scale Wires With Alligator Clips//J. Org. Chem. 1997. 62. 1388-1410.

16. Schon J.H., Meng H., Bao Z. Field-Effect Modulation of the Conductance of Single Molecules // Science. 2001. 294. 2138.

17. Bumm L.A., et al. Are single molecular wires conducting? // Science. 1996. 271(5256): p. 1705-1707.

18. Joachim C., Gimzewski J.K. An electromechanical amplifier using a single molecule. Chemical // Physics Letters. 1997. 265(3-5): p. 353-357.

19. Reed M.A., et al. Conductance of a molecular junction // Science. 1997. 278(5336): p. 252-254.

20. Datta S., et al. Current-voltage characteristics of self-assembled monolayers by scanning tunnelling microscopy // Physical Review Letters. 1997. 79(13): p., 25302533.

21. Porath D., et al. Tunneling spectroscopy of isolated C60 molecules in the presence of charging effects // Physical Review B. 1997. 56(15): p. 9829-9833.

22. Stipe B.C., Rezaei M.A., W. Ho. Single-molecule vibrational spectroscopy and microscopy // Science. 1998. 280(5370): p. 1732-1735.

23. Park H., et al. Nanomechanical oscillations in a single-C60 transistor // Nature. 2000. 407(6800): p. 57-60.

24. Park J., et al. Coulomb blockade and the Kondo effect in single-atom transistors // Nature. 2002. 417(6890): p. 722-725.

25. Rakov E.G. Preparation of thin-walled carbon nanotubes by catalytic pyrolysis on a support // Uspekhi Khimii (Russian Chemical Reviews). 2007. Volume 76. Number 1. p. 3-26.

26. Бобринецкий И.И. Сенсорные свойства структур на основе углеродных нанотрубок // Российские Нанотехнологии. 2007. Том 2. № 5-6. С. 90- 94.

27. Park J. W., McEuen P.L. Formation of a p-type quantum dot at the end of an n-type carbon nanotube // Applied Physics Letters. 2001. 79(9): p. 1363-1365.

28. Rosenblatt S., et al. High performance electrolyte gated carbon nanotube transistors // Nano Letters. 2002. 2(8): p. 869-872.

29. Lee H.J., Jin Z.X., Aleshin A.N. et al. Dispersion and current-voltage characteristics of helical polyacetylene single fibers // Chem. Soc. 2004. 126. 16722-16723.

30. Aleshin A.N., Lee H.J., Park Y.W., et al. One-dimensional transport in polymer nanofibers // Phys Rev. Lett. 2004. 93. 196601.

31. Aleshin A.N., Lee H.J., Park Y.W., et al. Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) and Its Derivatives: Past, Present, and Future // Microelectr. Eng. 2005. 81. 420.

32. Aleshin. A.N. Polymer Nanofibers and Nanotubes: Charge Transport and Device Applications // Adv. Mater. 2006. V. 18.1. 1. P. 17-27.

33. Duan X., Huang Y., Cui Y., et al. Molecular nanoelectronics // Eds M.A. Reed, T. Lee. ASP, California. 2003. Ch. 2. P. 199.

34. MacDiarmid A.G. Synthetic metals: A novel role for organic polymers // Rev. I Mod. Phys. 2001 73. 701-712.

35. Chiang C.K., Fincher C.R., Park Y.W. et al. Solitons in Polyacetylene // Phys. Rev. Lett. 1977. 39. 1098.

36. Heeger A.J., Kivelson S., Schrieffer J.R. et al. Solitons in conducting polymers // Rev. Mod. Phys. 1988. 60. 781-850.

37. Heeger A.J. Semiconducting and metallic polymers: The fourth generation of polymeric materials // Rev. Mod. Phys. 2001. 73. 681-700.

38. Tour J. Molecular electronics, commercial insights, chemistry, devices, architecture and programming // World scientific publishing Co. Pte. Ltd. 2002.

39. Cai L., Yao Y., Yang J. et al. Chemical and Potential Assisted Assembly of Thioacetyl-Terminated 01igo(phenylene ethynylene)s on Gold Surfaces // Chem. Mater. 2002. 14.2905-2909.

40. Zhou C., Deshpande M.R., Reed M.A. et al. Nanoscale Metal/Self-Assembled Monolayer/Metal Heterostructures //Appl. Phys. Lett. 1997. 71. 611-613.

41. Shea J J. Molecular Imprinting-From Fundamentals to Applications // Electrical Insulation Magazine. 2003. V. 19.1. 5. P. 74.

42. Snider G.L., Orlov A.O., Amlani I. et al. Quantum-dot cellular automata: Line and majority gate logic // Jpn. J. of Applied Physics. 1999. 38. 7227-7229.

43. Lent C.S., Tougaw P.D. Architecture for Computing with Quantum-Dots // Proceedings of the IEEE. 1997. V. 85. No 4. P. 541-547.

44. Hu J., Odom T.W., Lieber C.M. Chemistry and Physics in One-Dimension: Synthesis and Properties of Nanowires and Nanotubes // Acc. Chem. Res. 1999. 32. 435.

45. Bahr J.L., Tour J.M. Covalent Chemistry of Single-Wall Carbon Nanotubes // J. Mater. Chem. 2002. 12. 1952-1958.

46. Gittins D.I., Bethell D., Schiffrin D. A nanometre-scale electronic switch consisting of a metal cluster // Nature. 200. V. 408.1. 6808. P.67-69.

47. Huang Y., Duan X., Wei Q. Directed assembly of one-dimensional nanostructures into functional networks // Science 2001. 291. 630-633.

48. Пакен A.M. Эпоксидные соединения и эпоксидные смолы // Пер. с нем. под ред .Л.С.Эфроса. Д.: Госхимиздат, 1962. - 964 с.

49. Неволин В.К. Нанотехнология (конкурсный проект) // Электронная техника. Сер.З, Микроэлектроника. 1988. Вып.4(128). С.81.

50. Неволин В.К. Проводимость полимерных микропроводников // Электронная техника. Сер. 3. Микроэлектроника. 1989. №3. С.58-59.

51. Канер Б.Р. Макдайрмид Э.Г. Электропроводящие полимеры // В мире науки. 1988. №4. С. 50-56.

52. Davydov A.S. Excitons and Solitons in Quasi-one-dimensional Molecular Structures // Phys. Stat. Sol., 1978, v. 90, p. 457.

53. Tsukagoshi K., Yagi I. Pentacene nanotransistor with carbon nanotube electrodes // Appl. Phys. Lett. 2004. V.85. N6. P.1021-1023.

54. Yang Z., Norton D. L., Ventra M.D. Effects of geometry and doping on the operation of molecular transistors // Applied physics letters. V. 82. N 12. 2003.

55. Chen Y., Ohlberg A. A., Li X. et al. Nanoscale molecular-switch devices fabricated by imprint lithography // Applied physics letters. V. 82. N 10. 2003.

56. Li C., Fan W., Lei B. et al. Multilevel memory based on molecular devices // Applied physics letters. V. 84. N 11. 2004.

57. Неволин В.К., Бессольцев В.А. Температурные переключения сопротивлений полимерных микропроводников II Электронная техника. Сер. 3. Микроэлектроника. 1989. №3. С.59-61.

58. Волков А.Б. Электрофизические свойства микромостиков, формируемых туннельным зондом II Тезисы диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва. 1994.

59. Grutter. P. Preparation and characterization of tungsten tips suitable for molecular electronics studies // A thesis submitted to McGill University in partial fulfillment of the requirements of the degree of Master of Science. Montreal. Canada. 2004.

60. Miller M. K., Cerezo A., Hetherington M. G., et al. Atom Probe Field Ion microscopy // Oxford University Press. 1996.

61. Javey A., Qi P., Wang Q., et al. // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2004. Vol. 101. No. 37. P. 13408-13410.

62. Javey A., Guo J., Paulsson M., et. al. High-Field Quasiballistic Transport in Short Carbon Nanotubes // Phys. Rev. Lett. 2004. 92. 106804.

63. Park J.H. // Ph.D. thesis. Seoul National University. Seoul. 2004.

64. Бобринцкий И.И:, Неволин B.K., Петрик В:И., и др. Вольтамперные характеристики двухэлектродных элементов с углеродными нанотрубками. // Микроэлектроника. 2003. Том 32. N2. С. 102-104.

65. Krestinin A.V., Kiselev N.A., Raevskii A.V., et. al. Perspectives of single-wall carbon nanotube production in the arc discharge process // Eurasian ChemTech Journal. 2003.5.7- 18.

66. Park J.Y., Yaish Y., Brink M., et al. Electrical cutting and nicking of carbon nanotubes using an atomic force microscope // Applied physics letters. 2002. V. 80. N23. P. 4446-4448.

67. Гомбоев Р.И., Симаков И.Г. Низкочастотная диэлектрическая проницаемость воды в адсорбционном слое // http://www.bsfp.media-security.ru/science/index.htm.

68. Бобринецкий И.И. Формирование и исследование электрофизических свойств планарных структур на основе углеродных нанотрубок // Тезисы диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва. 2004.

69. Булатов А.Н., Хартов С.В. Исследование адсорбата воздуха на твердотельных подложках методами атомно-силовой микроскопии. Известия ВУЗов // Электроника. 2004. №.4. С. 9-16.

70. Menon R., Yoon С.О., Moses D., et al. Handbook of conducting polymers / Eds Skotheim T.A., et al. N.Y. 1997. P.27.

71. Алёшин A.H., Миронков Н.Б., Суворов A.B. Электронный транспорт в проводящих полимерных пленках // ФТТ. 1996. 38. 133.

72. Kohlman R.S., Joo J., Epstein A.J. Physical properties of polymers handbook // Ed. Mark J. American Institute of Physics Press. Woodbury. CT (1996). Ch. 34. P. 453.

73. Kozub V.I., Aleshin A.N. Transport anomalies in highly doped conjugated polymers at low temperatures // Phys. Rev. 1999. В 59. 11322-11327.

74. Mott N.F., Davis E.A. Electronic processes in non-crystalline materials // Clarendon Press. Oxford (1979). P. 604.

75. Khmelnitskii D.E., Larkin A.I. Mobility edges shift in external magnetic field // Solid State Commun. 1981. 39. 1069.

76. Sheng P. Electronic Properties of Conjugated Polymers // Phys. Rev. 1980. B21. 2180.

77. Voit J. One-dimensional Fermi liquids // Rep. Prog. Phys. 1995. 58. 977.

78. Schulz HJ. Wigner crystal in one dimension // Phys. Rev. Lett. 1993. 71. 1864.

79. Mukhopadhyay R., Kane C.L., Lubensky T.C. Derealization in coupled Luttinger liquids with impurities // Phys. Rev. 2001. B64. 45120.

80. Balents L. Egger R. Spin-dependent transport in a Luttinger liquid. Cond-mat/0012192 (2000).

81. Bockrath M., Cobden D.H., Lu J. et al. Luttinger-liquid behaviour in carbon nanotubes //Nature (London). 1999. 397. 598.

82. Bachtold A., Jonge M., Grove-Rasmussen K., et al. Suppression of Tunneling into Multiwall Carbon Nanotubes //Phys. Rev. Lett. 2001. 87. 166801.

83. Slot E„ Hoist M.A., van der Zant H.S.J., et al. One-Dimensional Conduction in Charge-Density-Wave Nanowires // Phys. Rev. Lett. 2004. 93. 176602.

84. Chang A.M., Pfeiffer L.N., West K.W. Observation of Chiral Luttinger Behavior in Electron Tunneling into Fractional Quantum Hall Edges // Phys. Rev. Lett. 1996. 77. 2538.

85. Lee H.J., Jin Z.X., Aleshin Z.N., et al. Dispersion and current-voltage characteristics of helical polyacetylene single fibers // Chem. Soc. 2004. 126. 16722.

86. Aleshin A.N., Lee H.J., Park Y.W., et al. One-Dimensional Transport in Polymer Nanofibers // Phys Rev. Lett. 2004. 93. 196601. ^

87. Aleshin A.N., Lee H.J., Park Y.W., et al. One-dimensional transport in polymer nanowires // Microelectr. Eng. 2005. 81. 420. „

88. Park J.G., Kim G.T., Krstic V., et al. Field effect conductance of conducting polymer nanofibers // Synth. Met. 2001. 119. 53.

89. Hausler W., Kecke L., MacDonald A.H. Tomonaga-Luttinger Parameters For Quantum Wires. Cond-mat/0108290.

90. Gornyi I.V., Mirlin A.D., Polyakov D.G. Dephasing and Weak Localization in Disordered Luttinger Liquid // Phys. Rev. Lett. 2005. 95. 046404.

91. Алёшин A.H. Квазиодномерный транспорт в проводящих полимерных нанопроводах // Физика твёрдого тела. 2007. Том 49. Вып. 11. С. 1921-1940.

92. Long Y., Zhang L., Ma Y., et al. Electrical conductivity of a single Au/polyaniline microfiber // Macromol. Rapid Commun. 2003. 24. 938.

93. Long Y., Zhang L., Chen Z. Electronic transport in single polyaniline and polypyrrole microtubes //Phys. Rev. 2005. B71. 165412.

94. Yao Z., PostmaH.W. Ch., Balents L. Carbon nanotube intramolecular junctions // Nature (London). 1999. 402. 273.

95. Apel W., Rice T.M. Combined effect of disorder and interaction on the conductance of a one-dimensional fermion system // Physical Review B. 1982. V. 26. N. 12. P. 7063-7065.

96. Tanatar В., Ceperley D.M. Ground state of the two-dimensional electron gas // Phys.Rev. 1989. В 39. 5005.

97. Jeon G.S., Choi M.Y., Yang S.-R.E. Coulomb gaps in one-dimensional spin-polarized electron systems // Phys. Rev. 1996. B54. R 8341.

98. Sze S.M. Semiconductor devices physics and technology. Wiley. N.Y. 1985.

99. Неволин B.K. Двухэлектродные элементы наноэлектроники на основе квантовых проводов // Микроэлектроника. 1999. Т.28. №4. С.293-300.

100. Aleshin A.N., Lee J.Y., Chu S.W. Hopping conduction in polydiacetylene single crystals //Phys. Rev. 2004. B69. 214203.

101. Афанасьев A.B., Афанасьев В.П., Глинский Г.Ф., и др. Нанотехнология: физика, процессы, диагностика, приборы // Под ред. Лучинина В.В., Таирова Ю.М. М.: Физматлит. 2006. 551 с.

102. Глазман Л.И., Лесович Г.Б., Хмельницкий Д.Е., Шехтер Р.И. Безотражательный квантовый транспорт и фундаментальные ступени баллистического сопротивления в микросужения // Письма в ЖЭТФ. 1988. Т. 48. В. 4. С. 218-220.

103. Левинсон И.Б. Квантовая проводимость баллистического микроконтакта // Письма в ЖЭТФ. 1988. Т. 48. В. 5. С. 273 275.

104. Драгунов В.П., Неизвестный И.Г., Гридчин В.А. Основы наноэлектроники // Под ред. Вострикова А.С., Пустового Н.В. Новосибирск: НГТУ. 2004. 496 с.

105. Неволин В.К. Вольтамперные характеристики квазиодномерных микропроводников // Письма в ЖТФ. 1996. Т. 22. В. 21. С. 57 60.

106. Неволин В.К. Вольтамперные характеристики квазиодномерных контактов S-типа//Известия ВУЗов. Электроника. 1997. №5. С. 37-41.

107. Сабликов В.А., Ченский Е.В. Отрицательная динамическая проводимость квантовых баллистических каналов // ЖЭТФ. 1996. Т. 109. В. 5. С. 1671 -1686.

108. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Квантовая механика // М.: Наука, 1989. 105 с.

109. Лихарев> K.K. О1 возможности создания аналоговых и цифровых интегральных схем на основе эффекта дискретного туннелирования // Микроэлектроника. 1987. Т. 16 №3. С. 195-209.

110. Li S., Yu Z., Burke P.J. Synthesis of Aligned Arrays of Millimeter Long Straight Single-Walled Carbon Nanotubes // Chem: Mater. 2004. № 16(18). P. 3414-3416.

111. Li S., Yu Z., Yen S.F., et al. Carbon Nanotube Transistor Operation at 2.6 GHz // Nano letters. 2004. V. 4. № 4. P.' 753 756.

112. HayashifY., KanamorrH., Yamada I., et. al. Facile fabrication method for p /n-type and ambipolar transport polyphenylenevinylene-based thin-film field-effect transistors by blending C60 fullerene //App. Phys. Lett. 2005. 86. 052104. ,

113. Wanga C., Guob Z.X., Fua. S. Polymers containing fullerene* or carbon nanotube structures // Prog.- Polym. Sci. 2004. 29. 1079-1141.

114. Хартов С.В., Ромашкин А.В., Петухов В.А. Проводимость композитного материала углеродные нанотрубки полимерная1 матрица в условиях отсутствия перколяции // Тезисы,докладов конференции «Микроэлектроника и информатика - 2007». М.: МИЭТ. 2007. С.22.

115. Тарасевич Ю.Ю. Перколяция: теория, приложения, алгоритмы. УРСС. 2002. 112 с.