Нанотранзисторы на основе углеродных нанотрубок

Углеродные нанотрубки обладают хорошими эмиссионными свойствами и являются перспективными элементами для микро- и наноэлектроники.

На рис. 3.16 представлена конструкция нанотранзистора на основе углеродной нанотрубки, которая по диаметру меньше толщины человеческого волоса в 10 ⁴ -10 ⁵ раз. Она представляет собой цикличе­скую структуру, обод которой составляет порядка десятков атомов углерода.

Рис; 3.16 Схема нанотранзистора на основе углеродной нанотрубки.

Транзисторы на нанотрубках выгодно отличаются от всех вы­шерассмотренных типов меньшими размерами и меньшим энергопотреблением.

Транзисторы выполняются на кремниевой подложке, по­крытой слоем окисла. Реальные нанотранзисторы на углерод­ных нанотрубках были получе­ны и исследованы в Москов­ском институте электронной техники (МИЭТ). Исследования проводились как на пучке нано­трубок, так и на отдельных нанотрубках. Исследования семейства выходных характеристик такого типа нанотран­зисторов показали, что имеет место некоторая аналогия с транзисторными МОП-структурами с проводимостью канала p-типа.

На рис. 3.17 представлена переходная харак­теристика транзисторной структуры при постоян­ном смещении. Она напоминает классическую характеристику МОП-транзистора со встроенным каналом.

Рис.3.17 ВАХ транзистора на пучке нанотрубок.

Создание нанотранзисторов на основе единич­ной нанотрубки является весьма трудоемким тех­нологическим процессом.

До последнего момента времени ученым удавалось точно разместить всего сотни нанотрубок на поверхности кристалла микросхемы, чего явно недостаточно для реализации сложных электронных схем современных микропроцессоров. Поэтому, прорыв, сделанный исследователями IBM, открывает дорогу началу производства и применения чипов с большим количеством транзисторов из углеродных нанотрубок.

Для преодоления вышеописанных проблем ученым IBM пришлось разработать новый метод, основанный на химии ионного обмена. С помощью такого метода удалось выровнять и упорядоченно расположить углеродные нанотрубки на поверхности кристалла, при этом плотность размещения нанотрубок на два порядка превысила значение, достигнутое ранее. На одном квадратном сантиметре поверхности кристалла было размещено около миллиарда углеродных нанотрубок, которые являются активными элементами транзисторов нового типа.

Процесс начинается в смешении порошка из углеродных нанотрубок с сурфактантом, материалом, напоминающим мыло, который позволяет «растворить» нанотрубки в воде, равномерно распределив их по всему объему. Основа будущего транзистора состоит из двух траншей в окиси кремния SiO2, заполненных химически модифицированной и активированной окиси гафния HfO ₂. Когда это основание помешается в раствор углеродных нанотрубок, то эти нанотрубки с помощью химических связей закрепляются на окиси гафния, а вся остальная поверхность остается идеально чистой. После удаления остатков и следов раствора остается поверхность, к которой прикреплены ряды нанотрубок, упорядоченных должным образом.

Дата добавления: 2015-10-28