Рис. I. Изображение пучка однослойных нанотрубок в туннельном микроскопе

Ведущему научному сотруднику Елене Образцовой из Центра естественно-научных исследований Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН удалось обнаружить пучки однослойных углеродных нанотрубок (рис. I). Пучки интересны тем, что благодаря слабым Ван дер ваальсовым силам, соединяющим трубки, они не теряют своей индивидуальности и в пучке могут находиться как трубки с полупроводниковой проводимостью, так и трубки с металлической проводимостью. Использование пучков однослойных нанотрубок в электронике в качестве активных элементов по сравнению с единичными нанотрубками выгодно тем, что позволяет повысить надежность каналов проводимости и коммутировать большие токи, что важно для стыковки микроэлектронной элементной базы с наноэлектронной.

Рис. II. а) Изображение макета транзистора с активным элементом из пучка однослойных углеродных нанотрубок; б) вид вольтамперных характеристик

На основе пучков однослойных углеродных нанотрубок с полупроводниковой проводимостью были изготовлены макеты нанотранзисторов с управляющим затвором из легированного слоя кремния [1]. На рис. II приведены топография макета такого транзистора и семейство его выходных характеристик. Можно видеть, что при управляющем потенциале VЗ = 0 В, пучок нанотрубок имеет линейный закон в зависимости тока от напряжения. При приложении отрицательного смещения на затвор проводимость начинает увеличиваться вплоть до VЗ = 5 В. При этом сопротивление участка соответствует результатам измерения проводимости пучков нанотрубок с преобладающим металлическим типом проводимости. Дальнейшее увеличение поля не приводит к существенному изменению сопротивления. При приложении положительного смещения на затвор наблюдается увеличение сопротивления и нелинейности характеристики с формированием области порогового напряжения, ниже которого канал практически выключается. Данное поведение пучка нанотрубок соответствует полупроводниковому каналу с проводимостью р-типа.

Рис. III. Золотые электроды с углеродной нанотрубкой после прохождения тока 3 мкА

Макет такого транзистора выгодно отличается от макета транзистора с одной нанотрубкой компании IBM (1998 год) тем, что через него можно пропускать значительные токи. Например, при токах 3 мкА начинают плавиться золотые электроды, а нанотрубка, состоящая из пучка однослойных нанотрубок, остается неизменной, рис. III.

Рис. IV. Ветвящаяся нанотрубка на подложке из пиролитического графита (изображение получено в туннельном режиме)

В 1991 году Леонид Чернозатонский из Института биохимической физики РАН и независимо от него Ж. Скусейра предсказали возможность существования углеродных нанотрубок в виде рогаток, названных ветвящимися (рис. IV).

Высказано предложение о создании нанотранзисторов на основе таких нанотрубок [2].

Литература
  1. Бобринецкий И.И., Неволин В.К., Строганов А.А., Чаплыгин Ю.А. Модуляция проводимости пучков однослойных углеродных нанотрубок // Микроэлектроника. -2003. (в печати).
  2. Неволин В.К. Зондовая нанотехнология: взгляд на развитие // Известия вузов. Электроника. - 2003. - № 1. с. 25-29.

Иван Бобринецкий — аспирант, Владимир Неволин (vkn@miee.ru) — профессор, Антон Строганов — студент, Юрий Чаплыгин — ректор Московского государственного института электронной техники (технический университет)

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями