автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Разработка элементов наносистемной техники на основе углеродных нанотрубок и технологии их изготовления

На правах рукописи

ФЕДОТОВ Александр Александрович

РАЗРАБОТКА ЭЛЕМЕНТОВ НАНОСИСТЕМНОЙ ТЕХНИКИ НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК И ТЕХНОЛОГИИ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Специальность 05.27 01 - Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Таганрог - 2007

003064363

Работа выполнена в Технологическом институте Южного федерального университета в г. Таганроге

на кафедре технологии микро- и наноэлекгронной аппаратуры

Научный руководитель:

Официальные оппоненты

доктор технических наук, О А АГЕЕВ (ТТИ ЮФУ, г. Таганрог);

доктор физико-математических наук, профессор

В.К. НЕВОЛИН (МИЭТ, г. Москва)

доктор технических наук, профессор

С.П. МАЛЮКОВ (ТТИ ЮФУ, г Таганрог)

Ведущая организация.

Закрытое акционерное общество "НАНОТЕХНОЛОГИИ - МДТ" (г Москва)

Защита состоится «30» августа 2007 г в 10 ч 20 мин на заседании диссертационного совета Д212 208.23 в Технологическом институте Южного федерального университета в г Таганроге по адресу. 347928, г. Таганрог, ул Шевченко, 2, ауд Е-306

С диссертацией можно ознакомиться в Зональной библиотеке Южного федерального университета

Автореферат разослан «

¿си\£Л 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

Н Н Чернов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Увеличение степени интеграции, повышение быстродействия и ужесточение условий эксплуатации устройств является современной тенденцией развития технологии интегральных микроэлектромеханических систем (МЭМС) При этом современные многофункциональные МЭМС создаются на основе применения наноматериалов и нанотехнологий Эти тенденции являются основой для развития фундаментально нового направления - наносистемной техники (НСТ), в рамках которого проводятся исследования и разработки наноэлектромеханических систем (НЭМС) Особое внимание при изготовлении НЭМС отводится наноматериалам, что обусловлено их уникальными свойствами

Перспективными элементами НЭМС являются углеродные нанотрубки (УНТ) и нановолокна, являющиеся аллотропными формами углерода с уникальными физическими свойствами В настоящее время растет количество работ, связанных с исследованием свойств УНТ, а в области НСТ ведутся интенсивные исследования по созданию наноэлементов, активной частью которых являются нанотрубки

Однако, при организации массового производства приборов НЭМС на основе УНТ существует ряд проблем, связанных с отсутствием адекватных математических моделей, позволяющих проводить теоретические исследования режимов работы УНТ в составе НЭМС, методик проектирования чувствительных элементов (ЧЭ) НЭМС на основе УНТ, а также конструкций и технологических процессов изготовления приборов НЭМС, основанных на использовании микроэлектронной технологии и современного кластерного оборудования

Цель и задачи диссертационной работы

Целью диссертационной работы является разработка и моделирование чувствительных элементов приборов наносистемной техники на основе углеродных нанотрубок и технологических процессов их изготовления

Для достижения реализации поставленной цели решались следующие задачи диссертационной работы:

- разработка конструктивно-технологического базиса изготовления наномеханического переключателя на основе углеродных нанотрубок,

- разработка математических моделей для исследования условий и режимов деформации чувствительных элементов приборов наносистемной техники на основе углеродных нанотрубок,

- разработка математической модели и проведение вычислительных экспериментов для определения конструктивных параметров наномеханического переключателя,

- разработка конструктивно-технологического базиса изготовления газочувствительного датчика на основе углеродных нанотрубок,

- разработка математической модели для исследования режимов работы газочувствительного датчика на основе углеродных нанотрубок,

- проведение экспериментальных исследований для определения метода получения углеродных нанотрубок, наиболее адаптированного к разработанным конструктивно-технологическим базисам,

- разработка технологических процессов и экспериментальные исследования режимов получения углеродных нанотрубок для формирования чувствительных элементов приборов наносистемной техники

Научная новизна работы:

- проведен теоретический анализ возможности использования различных моделей чувствительных элементов на основе нанотрубок, позволяющий разработать методики и построить математические модели для' определения конструктивных параметров наномеханического переключателя;

- разработана математическая модель чувствительного элемента приборов наносистемной техники на основе углеродных нанотрубок, которая позволяет анализировать условия и режимы деформации ЧЭ, учитывающая технологические и размерные факторы,

- разработан способ и технологический процесс формирования каталитических центров, на основе нанокластеров Ре и Со с размерами 5-50 нм, позволяющий вырастить углеродные нанотрубки диаметром 5 - 10 нм

Практическая значимость:

- разработана конструкция интегрального микромеханического гироскопа на основе углеродных нанотрубок, защищенная Патентом РФ,

- разработаны технологические маршруты изготовления наномеханического переключателя и газочувствительного датчика на основе углеродных нанотрубок, совместимые с интегральной технологией микроэлектроники,

- разработаны технологические маршруты изготовления наномеханического переключателя и газочувствительного датчика на основе углеродных нанотрубок, основанные на использовании многофункционального сверхвысоковакуумного нанотехнологического комплекса НАНОФАБ

Положения., выносимые на защиту:

- математическая модель для исследования условий и режимов деформации чувствительных элементов приборов наносистемной техники на основе углеродных нанотрубок, позволяющая оценить режимы работы наномеханического переключателя на основе

углеродных нанотрубок,

- математическая модель, позволяющая определить конструктивные параметры наномеханического переключателя,

- конструкция и технологический маршрут изготовления наномеханического переключателя на основе углеродных нанотрубок, совместимый с интегральной технологией микроэлектроники,

- математическая модель для расчета конструктивных параметров газочувствительного датчика на основе углеродных нанотрубок,

- конструкция и технологический маршрут изготовления газочувствительного датчика на основе углеродных нанотрубок, совместимый с интегральной технологией микроэлектроники;

- технологический процесс формирования наноразмерных каталитических центров на основе переходных металлов, позволяющий выращивать углеродные нанотрубки диаметром 5-10 нм

Реализация результатов работы

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планом госбюджетных научно-исследовательских работ кафедры ТМ и НА и НОЦ «Нанотехнологии» в 2004 - 2007 гг • «Разработка теоретических основ построения систем мониторинга природной среды на базе микро- и нанотехнологии» (№ гос регистрации 01200402781), «Проведение исследовательской работы в области нанотехнологии с привлечением студентов и аспирантов ТРТУ» (№ гос регистрации 01200508390), «Разработка принципов построения и основ теории нетермически активируемых технологических процессов создания элементной базы наноэлектроники» (№ гос регистрации 01200501949), «Разработка и исследование элементной базы, методов и средств проектирования микросистем на кристалле» (№ гос регистрации 01200501947)

Результаты диссертационной работы внедрены на промышленном предприятии ЗАО «Нанотехнологии - МДТ» (г Москва), а также в учебный процесс на кафедре ТМ и НА ТТИ ЮФУ

Апробация работы

Основные научные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на различных международных и всероссийских научных конференциях и семинарах, в частности VI МНК "Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии" (Кисловодск, 2006), НТК «Микроэлектроника и информатика» (Москва, 2006), НТК студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН, (Ростов-на-Дону, 2005, 2006, 2007), МНТК "Актуальные проблемы твердотельной электроники" (Дивноморское, 2006), НТК студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления » (Таганрог, 2006), НТК профессорско-преподавательского состава ТРТУ (г Таганрог, 2005, 2006)

Результаты работы отмечены дипломами ряда конференций и конкурсов научных работ Всероссийского смотра-конкурса научно-технического

творчества (Новочеркасск, 2005, 2006), Конференции Южного научного центра РАН (2006, 2007), Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления» (Таганрог, 2006) Публикации

По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе, 2 статьи опубликовано в журнале, входящем в Перечень ВАК. В ВНИИТЦ зарегистрировано 5 отчетов по НИР Получено положительное решение о выдачи патента РФ на изобретение по заявке №2006122379 от 22 06 2006г Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы и приложений Содержание диссертации изложено на 153 страницах и включает 98 страниц с рисунками, 6 страниц с таблицами и список использованных источников, включающий 102 наименования В приложениях содержатся акты о внедрении результатов диссертационной работы

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертации, приведены цель работы, основные задачи исследований, научная новизна и практическая значимость работы, приведены сведения об апробации работы и структуре диссертации

В первой главе выполнен обзор литературных источников, проведено обобщение практического опыта, а также основных физико-технологических проблем, связанных с получением углеродных нанотрубок Систематизированы работы по разработке приборов и элементов наносистемной техники на основе углеродных нанотрубок

Проведенное обобщение имеющихся к настоящему времени результатов позволяет сделать заключение о том, что в связи с предъявляемыми требованиями к размерам и условиям эксплуатации, в настоящее время является перспективным использование структур из нанотрубок в качестве базовых элементов микро- и наномеханических сенсоров Чувствительные элементы на основе углеродных нанотрубок обладают характеристиками, стабильными к различным условиям эксплуатации

На основании сделанных выводов выбрано направление исследования и осуществлена постановка цели и задач диссертационного исследования

Во второй главе проводится моделирование и анализ условий и режимов деформации УНТ с различными параметрами в составе чувствительных элементов наносистемной техники и возможности применения УНТ в качестве элементов памяти, инерциальных датчиков, переключателей и гироскопов Представлены расчеты, позволяющие оценить режимы работы и конструктивные параметры приборов наносистемной техники, на примере наномеханического переключателя

Был проведен анализ и классификация существующих структур приборов НЭМС, который показал, что в зависимости от значения стрелы

прогиба, при моделировании режимов деформации ЧЭ можно выделить два типа структур

- структуры, в которых значения стрелы прогиба достигают нескольких микрометров (инерциальные датчики, гироскопы, переключатели и др), для которых могут быть использованы классические модели ЧЭ с сосредоточенными параметрами,

- структуры, в которых значения стрелы прогиба достигают нескольких нанометров (наномеханическая память, нанокантилеверы и др), для которых необходимо использовать модели ЧЭ с распределенными параметрами

В рамках классических моделей теоретической механики, УНТ рассматривалась как консольная или мембранная балка, к которой приложена вертикальная сила Р

Получены выражения для определения напряжения замыкания, при котором произойдет контакт микромеханической структуры и отклоняющего электрода на основе углеродной нанотрубки

- для консольной балки

4 И и = - агс1К(-) 3 I

Е 3 к

/2 г

(1)

- для мембранной балки

4 А 8 £ У Л

и = -(2)

■> ' «3 I с с0 Ь

где е - относительная диэлектрическая проницаемость зазора, сп - электрическая

постоянная, Е - модуль Юнга углеродной нанотрубки(~1,05 ТПа), I - длина

отклоняющего электрода на основе углеродной нанотрубки, И - зазор между

отклоняющим электродом на основе углеродной нанотрубки и

микромеханической структурой, Ь - ширина отклоняющего электрода, J —

момент инерции для балок круглого поперечного сечения, который определяется

согласно выражению [1] /

J = ± 64

л*

(3)

где с1- наружный диаметр одностенной углеродной нанотрубки, ^ - внутренний диаметр одностенной углеродной нанотрубки

В результате моделирования были получены зависимости стрелы прогиба углеродной нанотрубки под собственным весом и под действием веса непроводящей площадки БЮ2 и проводящей площадки N1 для консольной и мембранной балок Рассчитаны зависимости напряжения замыкания наномеханического переключателя на основе углеродной нанотрубки от длины УНТ, при различных зазорах между неподвижным электродом и нанотрубкой (рис 1)

1, мкм

а) б)

Рис 1 Зависимости напряжения замыкания от длины отклоняющего электрода на основе углеродной нанотрубки для консольной (а)и мембранной (б) балок при различных Ь Ь| = 0,5 мкм, Ь2= 1 мкм, Ь3= 10 мкм

Полученные зависимости показывают, что дня получения рабочих напряжения порядка 10 В нужно получать технологическим методом зазор порядка 1 мкм Кроме того расчеты показывают, что для консольной балки напряжения замыкания ниже, чем для мембранной балки, и для того же зазора И составляет лишь 1 В

Проведенный анализ процессов, происходящих в зазоре между подвижным и неподвижным электродами, показал, что использование модели с распределенными силами - электростатической и Ван-дер-Ваальса, позволит проводить анализ режимов деформации УНТ при нанометровых смещениях.

Сила Ван-дер-Ваальса

¿Еш яЬагИ. 1 1 .

-(—-т—^г)' (4)

" dr 6 V (r + Rf

где а- поверхностная плотность графена, г- расстояние между нанотрубкой и плоскостью графена, Ew - энергия Ван-дер-Ваальса. Электростатические силы

2 ле

р - 1 и2 = 1 и?- __==_

м 2 <1г 2 4ггл-В? 1п\г + 4?7¥)

где и - прикладываемое напряжение.

В результате получены аналитические напряжения замыкания

- для консольной балки

(5)

выражения для расчета

и = -

SEI

ih-r)-

nba2R, 1

(-Т-

(r + R)3

r(2R+r)

R1

) (6)

- для мембранной балки

384 £7 /3

1

,, ч ябсг2/?. 1 (Л-г)-_ (7-(г + Л)3

я1 к я

г(2И + г)

д2

)

ЯГ

На рис 2 приведены результаты сравнения зависимостей напряжения замыкания рассчитанных по модели с распределенными силами и модели с сосредоточенной силой. Показано, что распределенные силы оказывают влияние на малых расстояниях, что весьма актуально для нанокантилеверов и наномеханической памяти

и, в

без учета Б

и, в

ю •

10

без учета Р

с учетом Ду+ Ь

1. МК&

I, мкч

б)

Рис 2 Зависимости напряжения замыкания от длины УНТ с учетом сил электростатической и Ван-дер-Ваальса для консольной (а) и мембранной (б)

балок

Использование результатов моделирования позволило определить параметры конструкции наномехаиического переключателя, при этом основным параметром являлось напряжения замыкания имм равное 5 В для устройств с консольной балкой и 10 В для устройств с мембранной балкой Сравнение позволило выбрать конструкционные параметры, которые представлены в таблице I

Таблица 1

Тип балки Область использования 1, мкм V/ (ф, мкм к мкм Е, ТПа Р, мВт в Ссылки

Консольная МЭМС 380 40 2 0,149 10 5 [3]

нэмс 0,05 2*10"3 0,012 1,2 0,2 5 [41

нэмс (расчетное) 0,25 102 0,1 1,05 5

Мембранная МЭМС 460 30 1,8 0,14 60 10 [3]

НЭМС 0,05 2*103 0,009 1,2 2 10 И]

нэмс (расчетное) 0,15 Ю-5 0,1 1,05 10

где 1-длина балки, \У-ширина балки прямоугольного сечения (в случае МЭМС), а с1 -диаметр УНТ (в случае НЭМС), Ь - зазор между отклоняющим электродом на основе углеродной нанотрубки и микромеханической структурой, Е-модуль Юнга

В таблице также представлено сравнение результатов расчетов с параметрами приборов, известными из литературы, для МЭМС с поликремниевой балкой и НЭМС с балкой на основе УНТ Расчетные данные хорошо коррелируются с практическими результатами (рис 3), и, для одного и того же значения напряжения замыкания НЭМС структуры на основе УНТ имеют значительно меньшие габариты, что позволит при их использовании повысить интеграцию, быстродействие, рабочие частоты

В-13] 11

и, в

и-(Э] ♦-Н1

и, 13

101

п I ^у

<4 <!б £)*

Ь,м*л»

02 04 ПЛ 08 Ь МКМ

а) б)

Рис 3 Зависимости напряжения замыкания от зазора между отклоняющим электродом на основе углеродной нанотрубки для консольной (а) и мембранной (б) балок при различных длинах УНТ 1 Ь = 100 нм, 12 = 3 мкм, Ь = 10 мкм

В результате разработана математическая модель, с помощью которой можно рассчитать условия и режимы деформации чувствительных элементов приборов наносистемной техники на основе углеродных нанотрубок Полученные результаты могут быть использованы при разработке методик проектирования чувствительных элементов наносистемной техники на основе углеродных нанотрубок (наномеханической памяти, инерциальных датчиков, нанокантилеверов и др), а также использоваться для оценки параметров углеродных нанотрубок

В третьей главе приводятся результаты экспериментальных исследований влияния технологических параметров (состав газовой смеси, температура, материал подложки и тд) на количество и тип синтезируемых нанотрубок и нановолокон, полученные методом химического осаждения из газовой фазы (ГФХО) Обсуждаются возможные механизмы роста углеродных наноструктур

Был проведен анализ конструкций сенсоров на основе УНТ, который показывает, что технологические маршруты их изготовления состоят в основном из стандартных технологических операций, за исключением одной

специфической операции - выращивание углеродных нанотрубок. В связи с этим проводились экспериментальные исследования различных методов получения углеродных нанотрубок. Исследовались УНТ, полученные методами холодной деструкции графита, лазерной абляции и электродуговым методом и ГФХО. Определены режимы и условия получения углеродных нанотрубок различными методами.

Основываясь на проведенных исследованиях, были выявлены недостатки методов и выбран метод химического осаждения из газовой фазы, позволяющий осуществлять контролируемый рост УНТ с большим процентом выхода готового продукта и являющийся коммерчески выгодным по отношению к другим методам [4].

Особенностью аыращивания УНТ методом ГФХО является необходимость формирования каталитических центров. Для формирования Со и Ре остро в ко в ы,\ пленок применялся метод вакуум но-резистивного напыления (рис. 4). В качестве носителя были выбраны подложки из и ЗЮ2 .

а) б)

Рис. 4. 3D АСМ-скан подложки (рельеф) с кластерами а) Со и б) Fe

Таблица 2

Таблица па раметров каталитических центров

Параметры морфологии поверхности Со Fe

Средняя площадь кластера, нм 5623 ±534,9 3322 ±263

Средняя высота кластера, нм 14,4 ±2,9 14,7 ±0,9

Средний объем кластера, нм3 93162 ± 930,02 50960±487,17

Средний диаметр кластера, нм !2 ± 2,4 6 ±1,2

Исследованиями методом атомно-силовой микроскопии (АСМ) установлено, что для выращивания нанотрубок диаметром 1-10 нм требуется формирование катализаторов с размерами 5-50 нм- На основе полученных катализаторов был произведен рост углеродных нанотрубок методом ГФХО. Лучшие результаты были получены па железном катализаторе. На железном и

кобальтовом катализаторах были получены многослойные углеродные нанотрубки и наново л окна. Анализ данных просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) позволил оценить геометрические размеры выращенных УНТ. Получены УНТ диаметром от 2 до 10 нм и длинной до 500 мкм, и нановолокна диаметром от 10 до 30 нм.

Нужно отметить, что на некоторых образцах часть катализатора не участвовала в процессе образования углеродных нанотрубок и нановолокон, а покрылась углеродной «шубой» или никак себя не проявила. Этот факт связан с преобладанием крупных частиц катализатора > 50 нм, на которых волоконный, а тем более трубочный рост невозможен [4].

Продукты синтеза исследовались методами сканирующей (СЭМ) и просвечивающей электронной микроскопии, а также АСМ методами. Результаты приведены на рис. 5.

Рис. 5. Фотографии углеродных нанотрубок, полученных при различных условиях синтеза: а) УНТ, выращенные по вершинному механизму роста, б) сросток из нанотрубок с1 = 4-10 им, в) УНТ с бамбукообразной структурой, г) каталитические центры с размерами более 50 нм, покрытые углеродной

«шубой».

Были проведены анализ и систематизация условий синтеза основных результатов. На основе проведенных экспериментальных исследований были сделаны выводы; 1) ГФХО определен как метод выращивания углеродных нанотрубок, позволяющий контролировать их геометрические параметры и

ориентацию роста; 2) для роста углеродных нанотрубок методом ГФХО необходимы катализаторы с преобладанием частиц размером 5-20 нм.

В четвертой главе приведены разработанные конструкции и технологические маршруты изготовления наномеханического переключателя, газо чувствительно го датчика и микромеханического гироскопа на основе углеродных нанотрубок (Рис.6).

¿ж

шш шм ът хтт

8!

а)

ас

Массив вертикально ориентированных УНТ

Рис. 6. Конструкции приборов наносистемной техники на основе углеродных нанотрубок: а) наномеханический переключатель с ЧЭ на основе углеродной нанотрубки, б) газочувствительный датчик на основе вертикально ориентированного массива из УНТ, в) интегральный микромеханический гироскоп, в котором ] ,2,4,5 - упругие балки, а 3 - торсионная балка, выполненные на основе углеродных нанотрубок.

В рамках реализации приоритетного Национального проекта «Образование» в 2007 году на кафедру технологии микро- и наноэлектронной аппаратуры ТТИ ЮФУ поставляется многофункциональный сверхвысоковакуумный нанотехнологический комплекс с расширенными аналитическими возможностями НАНОФАБ НТК—9, который объединяет практически все перспективные групповые и индивидуальные методы нанотехнологии и оснащен модулями, позволяющими реализовать разработанные технологические маршруты изготовления элементов наносистемной техники

Таким образом, разработаны конструкции и технологические маршруты изготовления сенсоров на основе УНТ, которые по сравнению с аналогичными МЭМС устройствами позволяют значительно уменьшить их массогабаритные размеры, повысить быстродействие и уменьшить потребляемую мощность

В заключении сформулированы основные результаты работы.

1. Разработаны конструкции наномеханического переключателя, газочувствительного датчика и микромеханического гироскопа на основе углеродных нанотрубок, технологические маршруты изготовления которых совместимы с интегральной технологией микроэлектроники

2 Разработаны технологические маршруты изготовления наномеханического переключателя и газочувствительного датчика с использованием многофункционального сверхвысоковакуумного

нанотехнологического комплекса НАНОФАБ НТК-9

3. Проведены обобщение и систематизация имеющегося практического опыта, а также комплексный анализ современного состояния и развития работ по созданию приборов и элементов на основе углеродных нанотрубок.

4 Разработана математическая модель чувствительного элемента приборов наносистемной техники на основе углеродных нанотрубок для анализа условий и режимов деформации, учитывающая технологические и размерные факторы

5 Разработана математическая модель для определения конструктивных параметров наномеханического переключателя

6 Исследованы основные методы выращивания углеродных нанотрубок, определен метод позволяющий контролировать геометрические параметры УНТ

7 Экспериментально установлено, что для роста тонких углеродных нанотрубок методом газофазного химического осаждения необходимы катализаторы с преобладанием частиц размером 5-50 нм

В приложениях приведены список публикаций по теме диссертации, акты внедрения на промышленных предприятиях и в научных организациях, акты использования научных результатов в учебном процессе

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1 Тимошенко С П, Гудьер Дж Теория упругости. - M. Наука, 1975г -560 с.

2 Changhong Ке, Horacio D. Espinosa. Nanoelectromechanical Systems and Modeling // Handbook of Theoretical and Computational Nanotechnology, 2005 - p 1-38

3 Rotkm S , Dequesnes M Calculation of pull-in voltages for carbon nanotube based nanoelectromechanical switches //Nanotechnology.-2002.-v.13

4 Kenneth BK. Teo, Charanjeet Singh, Manish Chhowalla, William I Milne Catalytic synthesis of carbon nanotubes and nanofibers 11 Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology, 2003 - v 10. p. 1-22.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1. Федотов A.A., Агеев O.A., Трегубенко АЮ. Моделирование наномеханических элементов чувствительных датчиков на основе углеродных нанотрубок // Известия ТРТУ, 2006 с. 118

2 Федотов А А. Технология получения углеродных наноструктур холодной деструкцией графита // Известия ТРТУ, 2005 с 95

3. Коноплев Б.Г., Агеев О.А, Федотов А А, Трегубенко А Ю.Моделирование наномеханических элементов инерциальных датчиков на основе углеродных нанотрубок И Материалы VI Международной научной конференции «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии», Кисловодск, 2006, 17-22 сентября, с 240-241.

4 Федотов A.A., Трегубенко А.Ю Моделирование микромеханических элементов датчиков силы и перемещений на основе углеродных нанотрубок // Сборник трудов 13-й Всероссийской межвузовской научно- технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика-2006», Москва, 19-21 апреля, с.128

5. Федотов А А, Трегубенко А.Ю Моделирование чувствительных элементов приборов наносистемной техники на основе углеродных нанотрубок // Материалы третьей ежегодной научной конференции студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН», Ростов-на-Дону, 2007, 3-27 апреля, с 127-128

6 Федотов А А., Трегубенко АЮ. Применение углеродных нанотрубок в микромеханических элементах наносистемной техники // Материалы второй ежегодной научной конференции студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН, Ростов-на-Дону, 2006,5-26 апреля, с.158-159.

7. Федотов А А., Трегубенко А.Ю , Попов Д И., Попов О В. Методы получения углеродных наноструктур // Материалы второй ежегодной научной конференции студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН», Ростов-на-Дону, 2006, 5-26 апреля, с 159-160

8. Федотов А.А Зондовая технология формирования наномеханических структур на основе углеродных нанотрубок // Материалы первой ежегодной научной конференции студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН, г Ростов-на-Дону, 2005, с 270-271 95.

9. Федотов А А, Трегубенко А Ю., Ильин О.И. Разработка газочувствительного сенсора- вакуумметра на основе углеродных нанотрубок // Материалы третьей ежегодной научной конференции студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН», Ростов-на-Дону, 2007,3-27 апреля, с.195-196.

10. Федотов А. А, Коноплев Б Г., Агеев О А., Лысенко И.Е, Трегубенко А Ю. Моделирование элементов наномеханики на основе углеродных нанотрубок // Труды Десятой международной научно технической конференции и молодежной школы- семинара «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники», ч 2, пос. Дивноморское, 2006,24-29 сентября, с 37-39

11. Федотов А А, Трегубенко А.Ю Моделирование микромеханических элементов наносистемной техники на основе углеродных нанотрубок // Тезисы докладов VIII Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления », Таганрог, 2006,19-20 октября, с.264

12. Федотов A.A., Трегубенко А.Ю., Попов Д.И, Попов О.В., Ильин О.И Исследование пленок на основе наноразмерных углеродных структур // Тезисы докладов VIII Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления », Таганрог, 2006,19-20 октября, с 263-264.

Патенты

Положительное решение о выдачи патента РФ на изобретение по заявке №2006122379 от 22.06.2006 г. Интегральный микромеханический гироскоп на основе углеродных нанотрубок / Федотов A.A., Коноплев Б Г, Лысенко И.Е.

В работах, опубликованных в соавторстве, лично автору принадлежат- в [1, 3, 4, 5, 10, 11] - математическая модель чувствительного элемента приборов наносистемной техники на основе углеродных нанотрубок для анализа условий и режимов деформации, учитывающая технологические и размерные факторы; в [6] - расчет стрелы прогиба УНТ; в [7, 12} -технологический процесс, позволяющий определить условия и режимы выделения УНТ из углеродной ваты, в [9] - конструкция газочувствительного датчика на основе УНТ.

' Тип ТТИ ЮФУ Заказ экз

Издательство Технологического института Южного федерального университета в г Таганроге

ГСП - 17А, Таганрог, 28, Некрасовский, 44 Типография Технологического института Южного федерального университета в г Таганроге

Таганрог, 28, ГСП 17А, Энгельса, 1

Введение.

Глава 1. Углеродные нанотрубки - структура, свойства, приборы на их основе.

1.1. Классификация углеродных тубулентных структур.

1.2. Строение углеродных нанотрубок.

1.3. Свойства углеродных нанотрубок.

1.4. Методы синтеза углеродных наноструктур и механизмы роста углеродных нанотрубок.

1.4.1. Электродуговое распыление графита.

1.4.2. Лазерная абляция графита.

1.4.3. Холодная деструкция графита.

1.4.4. Химическое осаждение из газовой фазы.

1.4.5. Механизмы каталитического роста углеродных нанотрубок методом химического осаждения из газовой фазы.

1.5. Основные направления создания приборов на основе углеродных нанотрубок в микро- и наносистемной технике.

1.5.1. Зонды для атомно-силового микроскопа на основе нанотрубок.

1.5.2. Наноэлектромеханические устройства на основе углеродных нанотрубок.

1.5.2.1. Наномотор на основе УНТ.

1.5.2.2. Переключатели на основе углеродных нанотрубок.

1.5.2.3. Наномеханическая память на основе углеродных нанотрубок.

1.5.3. Датчики для детектирования газов на основе углеродных нанотрубок.

1.6. Выводы по главе 1.

Глава 2. Разработка и исследование моделей приборов наносистемной техники и их элементов на основе углеродных нанотрубок.

2.1. Классификация структур и моделей чувствительных элементов приборов наносистемной техники на основе углеродных нанотрубок.

2.2. Моделирование чувствительных элементов НЭМС на основе углеродных нанотрубок с сосредоточенной силой.

2.3. Моделирование чувствительных элементов НЭМС на основе углеродных нанотрубок с распределенными электростатической и Ван-дер-Ваальсовыми силами.

2.4. Определение параметров конструкции наномеханических элементов на основе углеродных нанотрубок.

2.5. Моделирование конструкционных параметров газочувствительного датчика на основе углеродных нанотрубок.

2.3. Выводы по главе 2.

Глава 3. Исследования методов и разработка технологии выращивания углеродных нанотрубок.

3.1. Экспериментальные исследования методов получения углеродных нанотрубок.

3.2. Разработка технологического процесса формирования каталитических центров.

3.2.1. Топографические исследования каталитических центров.

3.3. Выращивание нанотрубок методом химического осаждения из газовой фазы.

3.4. Выводы по главе 3.

Глава 4. Разработка конструкций и технологогических маршрутов изготовленияи приборов наносистемной техники на основе углеродных нанотрубок.

4.1. Разработка конструкции интегрального микромеханического гироскопа на основе углеродных нанотрубок.

4.1.1. Принцип работы интегрального микромеханического гироскопа на основе углеродных нанотрубок.

4.2. Разработка конструкции и технологического маршрута изготовления наномеханического переключателя на основе углеродных нанотрубок.

4.3. Разработка конструкции и технологического маршрута изготовления газочувствительного датчика на основе углеродных нанотрубок.

4.4. Разработка технологогических маршрутов изготовления приборов наносистемной техники на основе использования многофункционального сверхвысоковакуумного нанотехнологического комплекса НАНОФАБ.

4.5. Разработка чувствительных элементов на основе углеродных нанотрубок и исследование их газочувствительных свойств.

4.6. Выводы по главе 4.

Актуальность диссертационной работы

Увеличение степени интеграции, повышение быстродействия и ужесточение условий эксплуатации устройств является современной тенденцией развития технологии интегральных микроэлектромеханических систем (МЭМС). При этом современные многофункциональные МЭМС создаются на основе применения наноматериалов и нанотехнологий. Эти тенденции являются основой для развития фундаментально нового направления - наносистемной техники (НСТ), в рамках которого проводятся исследования и разработки наноэлектромеханических систем (НЭМС). Особое внимание при изготовлении НЭМС отводится наноматериалам, что обусловлено их уникальными свойствами.

Перспективными элементами НЭМС являются углеродные нанотрубки (УНТ) и нановолокна, являющиеся аллотропными формами углерода с уникальными физическими свойствами. В настоящее время растет количество работ, связанных с исследованием свойств УНТ, а в области НСТ ведутся интенсивные исследования по созданию наноэлементов, активной частью которых являются нанотрубки.

Однако, при организации массового производства приборов НЭМС на основе УНТ существует ряд проблем, связанных с отсутствием адекватных математических моделей, позволяющих проводить теоретические исследования режимов работы УНТ в составе НЭМС, методик проектирования чувствительных элементов (ЧЭ) НЭМС на основе УНТ, а также конструкций и технологических процессов изготовления приборов НЭМС, основанных на использовании микроэлектронной технологии и современного кластерного оборудования.

Цель и задачи диссертационной работы

Целью диссертационной работы является разработка и моделирование чувствительных элементов приборов наносистемной техники на основе углеродных нанотрубок и технологических процессов их изготовления.

Для достижения реализации поставленной цели решались следующие задачи диссертационной работы:

- разработка конструктивно-технологического базиса изготовления наномеханического переключателя на основе углеродных нанотрубок;

- разработка математических моделей для исследования условий и режимов деформации чувствительных элементов приборов наносистемной техники на основе углеродных нанотрубок;

- разработка математической модели и проведение вычислительных экспериментов для определения конструктивных параметров наномеханического переключателя;

- разработка конструктивно-технологического базиса изготовления газочувствительного датчика на основе углеродных нанотрубок;

- проведение экспериментальных исследований для определения метода получения углеродных нанотрубок, наиболее адаптированного к разработанным конструктивно-технологическим базисам;

- разработка технологических процессов и экспериментальные исследования режимов получения углеродных нанотрубок для формирования чувствительных элементов приборов наносистемной техники.

Научная новизна работы:

- проведен теоретический анализ возможности использования различных моделей чувствительных элементов на основе нанотрубок, позволяющий разработать методики и построить математические модели для определения конструктивных параметров наномеханического переключателя;

- разработана математическая модель чувствительного элемента приборов наносистемной техники на основе углеродных нанотрубок, которая позволяет анализировать условия и режимы деформации ЧЭ, учитывающая технологические и размерные факторы;

- разработан способ и технологический процесс формирования каталитических центров, на основе нанокластеров Fe и Со с размерами 5 - 50 нм, позволяющий вырастить углеродные нанотрубки диаметром 5-10 нм.

Практическая значимость:

- разработана конструкция интегрального микромеханического гироскопа на основе углеродных нанотрубок, защищенная Патентом РФ;

- разработаны технологические маршруты изготовления наномеханического переключателя и газочувствительного датчика на основе углеродных нанотрубок, совместимые с интегральной технологией микроэлектроники;

- разработаны технологические маршруты изготовления наномеханического переключателя и газочувствительного датчика на основе углеродных нанотрубок, основанные на использовании многофункционального сверхвысоковакуумного нанотехнологического комплекса НАНОФАБ.

Положения, выносимые на защиту:

- математическая модель для исследования условий и режимов деформации чувствительных элементов приборов наносистемной техники на основе углеродных нанотрубок, позволяющая оценить режимы работы наномеханического переключателя на основе углеродных нанотрубок;

- математическая модель, позволяющая определить конструктивные параметры наномеханического переключателя;

- конструкция и технологический маршрут изготовления наномеханического переключателя на основе углеродных нанотрубок, совместимый с интегральной технологией микроэлектроники;

- конструкция и технологический маршрут изготовления газочувствительного датчика на основе углеродных нанотрубок, совместимый с интегральной технологией микроэлектроники;

- технологический процесс формирования наноразмерных каталитических центров на основе переходных металлов, позволяющий выращивать углеродные нанотрубки диаметром 5-10 нм.

Реализация результатов работы

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планом госбюджетных научно-исследовательских работ кафедры ТМ и НА и НОЦ «Нанотехнологии» в 2004 - 2007 гг.: «Разработка теоретических основ построения систем мониторинга природной среды на базе микро- и нанотехнологий» (№ гос. регистрации 01200402781); «Проведение исследовательской работы в области нанотехнологий с привлечением студентов и аспирантов ТРТУ» (№ гос. регистрации 01200508390); «Разработка принципов построения и основ теории нетермически активируемых технологических процессов создания элементной базы наноэлектроники» (№ гос. регистрации 01200501949); «Разработка и исследование элементной базы, методов и средств проектирования микросистем на кристалле» (№ гос. регистрации 01200501947).

Результаты диссертационной работы внедрены на промышленном предприятии: ЗАО «Нанотехнологии - МДТ» (г. Москва), а также в учебный процесс на кафедре ТМ и НА ТТИ ЮФУ.

Апробация работы

Основные научные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на различных международных и всероссийских научных конференциях и семинарах, в частности: VI МНК "Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии" (Кисловодск, 2006); НТК «Микроэлектроника и информатика» (Москва, 2006); НТК студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН, (Ростов-на-Дону, 2005, 2006, 2007); МНТК "Актуальные проблемы твердотельной электроники" (Дивноморское, 2006); НТК студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления » (Таганрог, 2006); НТК профессорско-преподавательского состава ТРТУ (г. Таганрог, 2005, 2006).

Результаты работы отмечены дипломами ряда конференций и конкурсов научных работ: Всероссийского смотра-конкурса научно-технического творчества (Новочеркасск, 2005, 2006), Конференции Южного научного центра РАН (2006, 2007), Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления» (Таганрог, 2006).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе, 2 статьи опубликовано в журнале, входящем в Перечень ВАК. В ВНИИТЦ зарегистрировано 5 отчетов по НИР. Получено положительное решение о выдачи патента РФ на изобретение по заявке №2006122379 от 22.06.2006г.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы и приложений.

Основные результаты работы могут быть сформулированы следующим образом:

1. Разработаны конструкции наномеханического переключателя, газочувствительного датчика и микромеханического гироскопа на основе углеродных нанотрубок, технологические маршруты изготовления которых совместимы с интегральной технологией микроэлектроники.

2. Разработаны технологические маршруты изготовления наномеханического переключателя и газочувствительного датчика с использованием многофункционального сверхвысоковакуумного нанотехнологического комплекса НАНОФАБ НТК-9.

3. Проведены обобщение и систематизация имеющегося практического опыта, а также комплексный анализ современного состояния и развития работ по созданию приборов и элементов на основе углеродных нанотрубок.

4. Разработана математическая модель чувствительного элемента приборов наносистемной техники на основе углеродных нанотрубок для анализа условий и режимов деформации, учитывающая технологические и размерные факторы.

5. Разработана математическая модель для определения конструктивных параметров наномеханического переключателя.

6. Исследованы основные методы выращивания углеродных нанотрубок, определен метод позволяющий контролировать геометрические параметры УНТ.

7. Экспериментально установлено, что для роста тонких углеродных нанотрубок методом газофазного химического осаждения необходимы катализаторы с преобладанием частиц размером 5-50 нм.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ

АСМ - атомно-силовой микроскоп

ВАХ - вольтамперная характеристика

ГФХО - газофазное химическое осаждение

ГФЭ - газофазная эпитаксия

ЛА - лазерная абляция

МЛЭ - молекулярно-лучевая эпитаксия

МУНТ - многослойная углеродная нанотрубка

МЭМС - микроэлектромеханические системы

НСТ - наносистемная техника

НТК - нанотехнологический комплекс

НЭМС - наноэлектромеханические системы

ОУНТ - однослойная углеродная нанотрубка

ПЭМ - просвечивающая электронная микроскопия

СЗМ - сканирующий зондовый микроскоп

СЭМ - сканирующая электронная микроскопия

УНТ - углеродная нанотрубка

УСВР - углеродная смесь высокой реакционной способности ФИП - фокусированные ионные пучки ЧЭ - чувствительный элемент

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. П. Харрис. Углеродные нанотрубы и родственные структуры. М.: Техносфера, 2003. 336 с.

2. Андриевский Р.А., Рагуля А.В. Наноструктурные материалы. М.: Издательский центр «Академия», 2005. 192 с.

3. Kroto H.W., Heath J.R., O'Brein S.C., Curl R.F., Smalley R. C60: Buckminsterfullerene//Nature. 1985. Vol. 318. P. 162-163.4. lijima S. Helical microtubules of graphitic carbon // Nature. 1991. Vol. 354. P. 56-58.

4. Heimann R.B., Evsyukov S.E., Koga Y. Carbon allotropes: a suggested classification scheme based on valence orbital hybridization // Carbon. 1997. vol. 35, P. 1654-1657.

5. Беленков E.A. Графанофуллерены и графановые нанотрубки новые структурные модификации углерода // Вестник Объединенного Физического Общества Российской Федерации. 2002. № 1.

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

7. 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.

8. Елецкий А.В. Углеродные нанотрубки // Успехи физических наук. 1997. том 167. №9. с. 945 972.

9. Лозовик Ю.Е., Попов A.M., Беликов А.В. Классификация двуслойных углеродных нанотрубок с соизмеримыми структурами слоев // Физика твердого тела. 2003, том 45. вып. 7, с. 1333 1338.

10. Раков Э.Г. Нанотрубки и фуллерены. М.: Университетская книга, Логос. 2006.-376с.

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

12. Kong J., Zhou C. et.al. Synthesis, integration, and electrical properties of individual single-walled carbon nanotubes.//Appl.Phys.-1999-A.69. P. 305-308.

13. Dresselhaus M.S., Dresselhaus G., Avouris Ph. (eds.). Carbon nanotubes // Springer-Verlag: Berlin. 2002. 463 p.

14. Collins P.G., Avouris P. Nanotubes for Electronics // Scientific American. 2000. P. 62-69.

15. Durkop Т., Kim B.M., Fuhrer M.S. Properties and applications of high-mobility semiconducting nanotubes // J. Phys.: Condens. Matter. 2004. Vol. 16. P. R553-R580.

16. Елецкий A.B. Сорбционные свойства углеродных наноструктур // Успехи физических наук, 2004. т. 174. № 11. с. 1191 1231.

17. Froudakis G.E. Hydrogen interaction with carbon nanotubes: a review of ab initio studies // J. Phys.: Condens. Matter. 2002.14. P. R453-R465.

18. Qian D., Wagner G.J., Liu W.K., Yu M.F., Ruoff R.S. Mechanics of carbon nanotubes // Appl. Mech. Rev. 2002. Vol. 55. No 6. P. 495-533.

19. Salvetat J.-P., Bonard J.-M. Mechanical properties of carbon nanotubes.// Appl. Phys.-1999. P. 255 260.

20. Pop E., Mann D. et.al. Thermal conductance of an individual single-wall carbon nanotube above room temperature // Nano Lett. 2006. Vol.6. №1. P. 96-100.

21. Ивакин E.B., Суходолов A.B., Ральченко В.Г., Власов А.В., Хомич A.B. Измерение теплопроводности поликристаллического CVD-алмаза методом импульсных динамических решеток // Квантовая электроника. 2002. том 32. № 4. с. 367 372.

22. Endo М., Iijima S., Dresselhaus M.S. (eds.). Carbon Nanotubes // Oxford: Pergamon Press, 1996. 202 p.

23. Sanvito S., Kwon Young-Kyun et.al. Fractional quantum conductance in carbon nanotubes // Phys. Rev. Letters. 2000. Vol. 84. № 9.

24. Brintlinger Т., Fahrer M. et.al. Nanotubes are high mobilitysemiconductors.//Phys. Rev. Lett. 2000. Vol. 84. P. 6082 6085.

25. Foster A., Lentinen P. et.al. Structure and magnetic properties of adatomas on carbon nanotubes.//Phys. Rev. Lett. 2004. B69.

26. Zaric S., Shaver J. et.al. Estimation of magnetic susceptibility anisotropy of carbon nanotubes using magnetophotoluminescence // Nano Lett. 2004. Vol. 4. №11. P. 2219-2221.

27. Дьячков П.Н. Углеродные нанотрубки: строение, свойства, применение. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006.-293с.

28. Неволин В.К. Зондовые нанотехнологии в электронике. М.: Техносфера, 2005. 148 с.

29. Takikawa Н., et al. Carbon nanotubes in cathodic vacuum arc discharge // Appl. Phys. Lett. 2000. Vol. 33. P. 826 830.

30. Ando Y., Zhao X., Sugai Т., Kumar M. Growing carbon nanotubes // Materials Today. 2004. P. 22 29.

31. Scott C.D., Arepalli S., Nikolaev P., Smalley R.E. Growth mechanisms for single-wall carbon nanotubes in a laser-ablation process // Appl. Phys. A. 2001. Vol. 72. P. 573-580.

32. Guo Т., et al. Catalytic Growth of Single-Walled Nanotubes by Laser Vaporization // Chemical Physics Letters. 1995. Vol. 243. P. 49 54.

33. Guo Т., Smalley R.E. Production of Single-Walled Carbon Nanotubes Via Laser Vaporization Technique // Electrochemcial Society Proceedings. Vol. 95. № 10. P. 636 647.

34. Бобринецкий И.И. Формирование и исследование электрофизических свойств планарных структур на основе углеродных нанотрубок. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва. 2004. -145с.

35. Патент 2128624 РФ. Способ получения углеродной смеси высокой реакционной способности и устройство для его осуществления / В.И. Петрик (РФ); Заявл. 17.10.97; Опубликован 10.04.99.

36. Maruyama Sh., Einarsson Е., Murakami Y., Edamura Т. Growth process ofvertically aligned single-walled carbon nanotubes // Elsevier: Chemical Physics Letters. 2005. Vol. 403. P. 320-323.

37. Елецкий A.B. Углеродные нанотрубки// Успехи физических наук.-1997,-том 167.-№9. с. 945-972.

38. Тео В .К., Singh С., Chhowalla М., Milne W.I. Catalytic synthesis of carbon nanotubes and nanofibers // Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology. 2003. Vol. 10. P. 1 22.

39. Bell M.S., et al. Carbon nanotubes by plasma-enhanced chemical vapor deposition // Pure Appl. Chem. 2006. Vol. 78. №. 6. P. 1117-1125.

40. Chhowalla M. et. al. Growth process conditions of vertically aligned carbon nanotubes using plasma enhanced chemical vapor deposition // J. Appl. Phis. 2001. Vol. 90. № 10. P. 5308 5317.

41. Parthangal P.M. et. al. A generic process of growing aligned carbon nanotube arrays on metals and metal alloys // Nanotechnology. 2007. № 18. P. 185605- 185610.

42. Лозовик Ю.Е., Попов A.M. Образование и рост углеродных наноструктур фуллеренов, наночастиц, нанотрубок и конусов // УФН. 1997. Том 167. № 7. с. 751 - 774.

43. Мальцев П.П. Нано- и микросистемная техника. От исследований к разработкам. Сборник статей. 2005. 592 с.

44. Deck С.Р., Vecchio К. Growth mechanism of vapor phase CVD // Carbon. 2005. Vol. 43. № 12. P. 2608-2617.

45. Vinciguerra V. et. al. Growth mechanisms in chemical vapour deposited carbon nanotubes // Nanotechnology. 2003. № 14. P. 655 660.

46. Чесноков В., Буянов P. Особенности механизма образования углеродных нанонитей с различной кристаллографической структуройиз углеводородов на катализаторах содержащих металлы подгруппы железа.//Критические технологии. Мембрана.-2005. №4.

47. Shakir М., Nadeem М. et.al. Carbon nanotube electric field emitters and applications // Nanotechnology. 2006. Vol. 17. P. R14 R16.

48. Zhang Y.,Chang A. et.al. Electric-field-growth of aligned single-walled carbon nanotubes // Applied Phys. Lett. 2001. Vol. 72. №19.

49. Nguyen C.V. et. al. Carbon nanotube tips for scanning probe microscopy: fabrication and high aspect ratio nanometrology // Meas. Sci. Technol. 2005. № 16. P. 2138-2146.

50. Yoshimoto S., Murata Y. Electrical Characterization of Metal-Coated Carbon Nanotube Tips // Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 44. P. LI563.

51. Ke C.-H., Pugno N., Peng В., Espinosa H.D. Experiments of carbon nanotube based NEMS devices // Journal of the Mechanics and Physics of solids. 2005. Vol. 53. P. 1314- 1333.

52. Wong E.W., Sheehan P.E., Lieber C.M. Nanobeam Mechanics: Elasticity, Strength, and Toughness of Nanorods and Nanotubes // Science. 1997. Vol. 277. P. 1971 1975.

53. Dai H.J., Hafner J.H., Rinzler A.G., Colbert D.T., Smalley R.E. Nanotubes as nanoprobes in scanning probe microscopy // Nature. 1996. Vol. 384. P. 147- 150.

54. Wong S.S., Woolley A.T., Odom T.W., Huang J.-L., Kim P., Vezenov D.V., Liebera C.M. Single-walled carbon nanotube probes for high-resolution nanostructure imaging // Appl. Phys. Lett. 1998. Vol. 73. № 23. P. 3465 3467.

55. Butt H., Cappella В., Kappl M. Force measurements with the atomic force microscope: Technique, interpretation and applications // Surface Science Reports. 2005. Vol. 59. P. 1-152.

56. Cheung C., Hafner J.H., Lieber C.M. Carbon nanotube atomic force microscopy tips: Direct growth by chemical vapor deposition and application to high-resolution imaging // PNAS. 2000. Vol. 97 № 8.1. P. 3809-3813.

57. Ekinci K.L., Roukes M.L. Nanoelectromechanical systems // Review of Scientific Instruments. 2005. Vol. 76. P. 061101-1-061101-12.

58. Yuzvinsky T.D., Fennimore A.M., Zettl A. Engineering Nanomotor Components from Multi-Walled Carbon Nanotubes via Reactive Ion Etching // Electronic Properties of Synthetic Nanostructures. 2004. P. 512 515.

59. Fennimore A.M., Yuzvinsky T.D., Regan B.C., Zettl A. Electrically Driven Vaporization Of Multiwall Carbon Nanotubes For Rotary Bearing Creation // Electronic Properties of Synthetic Nanostructures. 2004. P. 587 590.

60. Jensen K., Peng H.B., Zettl A. Limits of Nanomechanical Resonators // IEEE. 2006. P. 68-71.

61. Pungo N., Ke C.H., Espinosa H.D. Analysis of doubly clamped nanotube devices in the finite deformation regime.//Journal of Applied Mechanics. Vol. 72. 2005.

62. Hierold C. From micro- to nanosystem mechanical sensors go nano // Micromechanics and Microengineering. 2004. № 14. P. SI SI 1.

63. Jang J.E., Cha S.N., Choi Y., Amaratunga A.J., Kang D.J., Hasko D.G., Jung J.E., Kim J.M. Nanoelectromechanical switches with vertically aligned carbon nanotubes. Applied physics letters. 2005. Vol. 87. P. 163114.

64. Espinosa D., Changhong Ke. Handbook of Theoretical and Computational Nanotechnology.-American Scientific Publishers. 2005. Vol. 1. P. 1 38.

65. Ono Т., Miyashita H., Esashi M. Nanomechanical Structure with Integrated Carbon Nanotube // J. Appl. Phys. Vol. 43. P. 855.

66. Мальцев П.П. Наноматериалы. Нанотехнологии. Наносистемная техника: мировые достижения за 2005 год. М.: Техносфера, 2006. -120 с.

67. Тарасов Б. П., Гольдшлегер Н. Ф. Сорбция водорода углеродными наноструктурами // Альтернативная энергетика и экология.- 2002. № 3. с.20 38.

68. Peng S., Cho К. Carbon nanotubes Chemical and Mechanicalsensors//Mat.3rd International Workshop on Structural Health Monitoring.

69. Zhang Т., Nix M.B., Yoo В., Deshusses M.A., Myung N.V. Electrochemically Functionalized Single-Walled Carbon Nanotube Gas Sensor // Electroanalysis. 2006. № 12. P. 1153 1158.

70. Snow E.S. et al. Chemical detection using single-walled carbon nanotubes // Science. 2005. Vol. 307. P. 1942 -1943.

71. Modi A., Koratkar N., Lass E., Wei В., Ajayan P.M. Miniaturized gas ionization sensors using carbon nanotubes // Nature. 2003. Vol. 424. P. 171-174.

72. Delaney P., DiVentra M., Paantelides. Quantum conductivity carbon nanotube //Appl. Phys. Let. 1999. Vol. 75. № 24. P. 3787 3798.

73. Wongwiriyapan W., Honda S. et al. Single-Walled Carbon Nanotube Thin-Film Sensor for Ultrasensitive Gas Detection // Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 44. P. L482.

74. Dai L., Soundarrajan P., Kim T. Sensors and sensor arrays based on conjugated polymers and carbon nanotubes // Pure Appl. Chem. 2002. Vol. 74. №. 9. P. 1753-1772.

75. Seongjeen Kim. CNT Sensors for Detecting Gases with Low Adsorption Energy by Ionization // Sensors. 2006. № 6. P. 503 513.

76. Minoux E., Groening О., Teo K.B. et. al. Achieving High-Current Carbon Nanotube Emitters // NanoLetters. 2005. Vol. 5. № 11. P. 2135 2138.

77. Fan Z., Zhang В., Yao N., Zhang H., Deng J. Carbon nanotube emitters and field emission triode // Chin. Opt. Lett. 2006. № 4. P. 303-305.

78. Bonard J.M., Salvetat J.P., Stockli Т., Forro L., Chatelain A. Field emission from carbon nanotubes: perspectives for applications and clues to the emission mechanism // Applied-Physics-A. 1999. A69. P. 245.

79. Dequesnes M., Rotkin V.V., Aluru N.R. Calculation of pull-in voltages for carbon nanotube-based nanoelectromechanical switches // Nanotechnology 2002. № 13. P. 120-131.

80. Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости. М.: Наука, 1975. 576 с.

81. Булашевич К.А., Роткин В.В. Приборы на нанотрубках: микроскопическая модель // Письма в ЖЭТФ. 2002. с. 1-6.

82. Li Y., Rotkin V.V., Ravaioli U. Electronic response and bandstructure modulation of carbon nanotubes in a transverse electrical field // Nano Letters. 2003. Vol. 3. №. 2. P. 183-187.

83. Rotkin V.V. Theory of Nanotube Nanodevices // Kluwer Academic Publishers: Dordrecht-Boston-London. NATO Science Series: II. Mathematics, Physics and Chemistry, 2003. Vol. 102. P. 257-277.

84. Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. М.: Наука, 1979.-744 с.

85. Лысенко И.Е. Проектирование сенсорных и акттоаторных элементов микросистемной техники. Таганрог: Издательство ТРТУ, 2005. 103 с.

86. Лысенко И.Е., Рындин Е.А. "Моделирование сенсорных и актюаторных элементов микросистемной техники с использованием языка VHDL-AMS".- Таганрог: Изд-во ТРТУ.- 2003.- 26 с.

87. Детлаф А.А., Яворский Б.М., Милковская Л.Б. Курс физики (том 1). Механика. Основы молекулярной физики и термодинамики. М.: Наука, 1973.-384 с.

88. Kalmagorov A., Crespi V. Registry-depend interlayer potential for graphitic systems // Phys.Rev.Lett. 2005. B71.

89. И.В.Савельев. Курс общей физики: Учеб. пособие. В 3-х т. Т.1. Механика. Молекулярная физика.- 3-е изд., испр.- М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986.- 432 с.

90. Нанотехнологии в электронике. / Под ред. Ю.А.Чаплыгина. -М.: Техносфера, 2005. 448с.

91. Dimaki М., Boggild P. Dielectrophoresis of carbon nanotubes using microelectrodes: a numerical study // Nanotechnology. 2004. Vol. 15. P. 1095-1102.

92. Фельдман JI., Майер Д. Основы анализа поверхности и тонких пленок.-М.: Мир. 1989. 344 с.

93. Раков Э.Г. Методы получения углеродных нанотрубок // Успехи химии, 2000, т. 69, N 1, с. 41-59.

94. Y.M. Shin, et. al. Influence of morphology of catalyst thin film on vertically aligned carbon nanotube growth // Journal of Crystal Growth. 2004. Vol. 271. P. 81-89.

95. Kim D.H., Huang J., Shin H.K, Roy S., Choi W. Transport phenomena and conduction mechanism of single-walled carbon nanotubes (SWNTs) at Y-and crossed-junctions //Nano Lett. 2006. Vol. 6. No. 12. P. 2821-2825.

96. Быков В.А. Разработка и освоение производства приборов и оборудования для нанотехнологии // Российские нанотехнологии. 2007 Том 2. №1-2.

97. Шилова О.А. Силикатные наноразмерные пленки, получаемые золь-гель методом, для планарной технологии изготовления полупроводниковых газовых сенсоров // Физика и химия стекла. 2005. Т. 31. №2. С. 270-293.

98. Шалимова К.В. Физика полупроводников. М.: Энергоатомиздат, 1985.-392 с.