Курсовая: Элементы электроники на углеродных нанотрубках - текст курсовой. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Курсовая

Элементы электроники на углеродных нанотрубках

Банк рефератов / Физика

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Курсовая работа
Язык курсовой: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 31 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникальной курсовой работы

Узнайте стоимость написания уникальной работы

Третьяков П.А . Элементы электроники н а у глеродных нанотрубках. 13 Введение Углеродные нанотрубки ( НТ ) - своеобразные цилиндрич еские молекулы диаметром примерно от половины нанометра и длиной до нескольких микрометров . Эти полимерные системы впервые обнаружили менее 10 лет назад как побочные продукты синтеза фуллерена С 60 . Тем не менее уже сейчас на основе углеродных нанотрубок с оздаются электронные устройства нанометровог о (молекулярного ) размера . Ожидается , что в обозримом будущем они заменят элементы аналог ичного назначения в электронных схемах различ ных приборов , в том числе современных комп ьютеров . В результате будет достигн у т теоретический предел плотности записи информации (порядка одного бита на молеку лу ) и вычислительные машины обретут практичес ки неограниченную память и быстродействие , ли митируемое только временем прохождения сигнала через прибор . Существует 2 осно вных типа нанотру бок : одностенные нанотрубки ОСНТ (single-walled nanotubes — SWNT), у которых одна оболочка из атомов углерода , и многостенные МСНТ (multi-walled nanotubes — MWNT), которые с остоят из множества сгруппированных углеродных трубок . Нанотрубки склонны крепко сл ипаться между собой , формируя наборы или “ канат” , состоящий из металлических и полупров одниковых нанотрубок. Металлические проводящие ток нанотрубки могут выдерживать плотности тока в 102-103 раз а выше , чем обычные металлы , а полупро водниковые нанотрубки можно электрически включать и выключать посредством поля , генери руемого электродом , что позволяет создавать п олевые транзисторы . Свернутый графито вый слой Не содержащая дефектов одностенная углеродная нанотрубка представляет собой свернутую в виде цилиндра ленту с упак овкой атомов по типу графита (рис . 1). Чтобы представить пространственное расположение атомо в в нанотрубке , отложим на графитовом слое вектор C = (na1, ma2), где a1 и a2 - базисные векторы , а n и m - целые числа. Через точки начала и конца этого вектора проведем перпендикул ярно ему две прямые - L и L' и вырежем из слоя бесконечную ленту вдоль этих линий . Свернем ленту в цилиндр так , чтобы пр ямые L и L'совместились . У нашего цилиндра L б удет образующей , а длина ок р ужност и равна модулю вектора C. Так мы получим нанотрубку (n, m). В общем случае нанотрубки обл адают винтовой осью симметрии (тогда говорят , что они хиральны ). Нехиральными оказываются нанотрубки (n, 0) и (n, n), в которых углеродные шест иугольники ориент и рованы параллельно и перпендикулярно оси цилиндра соответственно . Металлы и пол упроводники Для создания электронных устройс тв и их объединения в сложные приборы требуются полупроводники и материалы с выс окой электропроводностью . Нанотрубки с разны ми значениями индексов (n, m) - это полимеры разного строения , а потому они должны о бладать разными электрическими свойствами . Зависи мости электрических свойств нанотрубок от гео метрических параметров были предсказаны на ос нове квантово-химических расчето в их зонной структуры . Они показали , что металлич еским типом зонной структуры обладают те НТ , для которых разность n - m кратна трем , - т.е . треть нанотрубок . Остальные нанотрубки должн ы быть полупроводниками с шириной запрещенной зоны от нескольких десяты х до примерно двух эВ , возрастающей с уменьшен ием диаметра нанотрубки . Методы получени я углеродных нанотрубок Электродуговой метод. Наиболее широко распространен метод п олучения нанотрубок , использующий термическое рас пыление графитового электрода в плазме дугового разряда , горящей в атмосфере He. В дуговом разряде между анодом ка тодом при напряжении 20-25В стабилизированном по стоянном токе дуги 50-100А , межэлектродном расстоя нии 0.5-2 мм и давлении Не 100-500 Торр , происходит интенсивное ра спыление материала анода . Часть продуктов распыления , содержащая графи т , сажу , и фуллерены осаждается на охлажда емых стенках камеры , часть , содержащая графит и многослойные углеродные нанотрубки (МСНТ ), осаждается на поверхности катода . На выход нанотрубо к влияет множество фактор ов. Наиболее важным является давлени е Не в реакционной камере , которое в о птимальных , с точки зрения производства НТ , условиях составляет 500 Торр , а не 100-150 Торр , как в случае фуллеренов . Другим не менее важным фактором яв ляется ток дуги : максимальный выход НТ наблюдается при мини мально возможном токе дуги , необходимым для ее стабильного горения . Эффективное охлаждение стенок камеры и электродов также важно для избежания растрескивания анода и его равномерного испарения , ч т о влияет на содержание НТ в катодном депозите. Использование автоматического устрой ства поддержания межэлектродного расстояния на фиксированном уровне способствует увеличению с табильности параметров дугового разряда и обо гащению нанотрубками материал а катодного депозита . Лазерное распылен ие. В 1995 году появилось сообщение о син тезировании углеродных НТ методом распыления графитовой мишени под воздействием импульсного лазерного излучения в атмосфере инертного (He или Ar) газа . Графитовая мише нь находится в кварцевой трубке при температуре 1200 0 С , по которой течет буферный газ. Фокусирующийся системой линз лазерный пучок сканирует поверхность графитовой мишени для обеспечения равномерного испарения матер иала мишени . Получающийся , в резуль тате лазерного испарения , пар попадает в поток инертного газа и выносится из высокотемпер атурной области в низкотемпературную , где оса ждается на охлаждаемой водой медной подложке . Сажа , содержащая НТ , собирается с медной подложки , стенок кварцевой трубки и обратной стороны мишени . Также как и в дуговом методе получается несколько в идов конечного материала : (1) в экспериментах , где в качестве ми шени использовался чистый графит , получались МСНТ , которые имели длину до 300 нм и сос тояли из 4-24 графеновых цили ндров . Структура и концентрация таких НТ в исходном м атериале главным образом определялись температур ой . При 1200 0 С все наблюдаемые НТ не содержали дефектов и имели шапочки на окончаниях . При понижении температуры синтеза до 900 0 С в НТ появлялись дефекты , число которых увеличивалось с дальнейшим пони жением температуры , и при 200 0 С образование НТ не наблюдалось. (2) при добавлении в мишень небольшого количества переходных металлов , в продуктах конденсации наблюдались ОСНТ . Однако в проц ессе испарения мишень обогащалась металлом , и выход ОСНТ снижался. Для решения этой проблемы стали и спользовать две облучаемые одновременно мишени , одна из которых является чистым графитом , а другая состоит из сплавов металлов. Процентный выход НТ резко меняется в за висимости от катализатора . Так , например , высокий выход НТ получается на к атализаторах Ni, Co, смеси Ni и Co с другими элементами . Получаемые ОСНТ имели одинаковый диаметр и были объединены в пучки диаметром 5-20 н м . Смеси Ni/Pt и Co/Pt дают высокий выход НТ , тогда как использование чистой пла тины приводит к низкому выходу ОСНТ . Смесь Co/Cu дает низкий выход ОСНТ , а использование чистой меди вообще не приводит к фор мированию ОСНТ . На окончаниях ОСНТ , свободных от частиц катализатора , наблюдались сферичес ки е шапочки. В качестве разновидности получил расп ространение метод , где вместо импульсного лаз ерного излучения использовалось сфокусированное солнечное излучение . Данный метод использовался для получения фуллеренов , а после доработки для получения НТ . Солнечный свет , по падая на плоское зеркало и отражаясь , форм ирует плоскопараллельный пучок , падающий на п араболическое зеркало . В фокусе зеркала распо ложена графитовая лодочка , заполненная смесью графитового и металлического порошков . При хо рошей юстировк е температура на комп озитной мишени достигает 3000K. Лодочка находится внутри графитовой трубки , которая играет роль теплового экрана . Вся система помещена в камеру , заполненную инертным газом. В качестве катализаторов были взяты различные металлы и и х смеси . В зависимости от выбранного катализатора и дав ления инертного газа получались разные структ уры . Используя никель-кобальтовый катализатор при низком давлении буферного газа синтезированн ый образец состоял в основном из бамбукоо бразных МСНТ . При по в ышении давлен ия появлялись и начинали доминировать ОСНТ диаметром 1-2 нм , ОСНТ были объединены в п учки диаметром до 20 нм с поверхностью своб одной от аморфного углерода. Каталитическое ра зложение углеводородов. Широко используемый способ получения НТ основан на использовании процесса разложения ацетилена в присутствии катализаторов . В качестве катализаторов использовались час тицы металлов Ni, Co, Cu и Fe размером несколько наноме тров . В кварцевую трубку длиной 60 см , внутре нним диаметром 4 мм , поме щ ается кер амическая лодочка с 20-50 мг катализатора . Смесь ацетилена C 2 H 2 (2,5-10%) и азота п рокачивается через трубку в течение нескольки х часов при температуре 500-1100 0 С . После чего система охлаждается до комнатной температуры . На эксперименте с кобальто вым катализатором наблюдались четыре типа структур : (1) аморфные слои углерода на частицах катализатора ; (2) закапсулированные графеновыми слоями частицы металлического катализатора ; (3) нити , образованные аморфным углеро дом ; (4) МСНТ. Наименьшее зна чение внутреннего д иаметра этих МСНТ составляло 10 нм . Наружный диаметр свободных от аморфного углерода НТ находился в пределах 25-30 нм , а для НТ , покрытых аморфным углеродом - до 130 нм . Длина НТ определялась временем протекания реакции и изменялась от 1 00 нм до 10 м км. Выход и структура НТ зависит от типа катализатора - замена Co на Fe дает меньшую концентрацию НТ и количество бездефектных НТ сокращается . При использовании никелевого катализатора большинство нитей имело аморфную структуру , иногда в стречались НТ с графитизированной бездефектной структурой . На м едном катализаторе формируются нити с нерегул ярной формой и аморфной структурой . В обра зце наблюдаются закапсулированные в графеновые слои частицы металла . Получаемые НТ и н ити принимают разли ч ные формы - пр ямые ; изогнутые , состоящие из прямых участков ; зигзагообразные ; спиральные . В некоторых случ аях шаг спирали имеет псевдопостоянную величи ну. В настоящее время возникла необходимо сть получить массив ориентированных НТ , что продиктовано и спользованием таких структур в качестве эмиттеров . Существует два пути получения массивов ориентированных НТ : ориен тация уже выросших НТ и рост ориентирован ных НТ , используя каталитические методы. Было предложено использовать в качест ве подложки для роста НТ пористый к ремний [2] , поры которого заполнены наночастицами железа . Подложка помещалась в среду буферного газа и ацетилена , находящихся при температуре 700 0 С , где железо к атализировало процесс термического распада ацети лена . В результате , на площа дях в н есколько мм 2 , перпендикулярно подложке , формировались ориентированн ые многослойные НТ. Аналогичный метод-использование в качеств е подложки анодированного алюминия . Поры анод ированного алюминия заполнялняются кобальтом . Под ложка помещается в пр оточную смесь ац етилена и азота при температуре 800 0 С . Получаемые ориентированн ые НТ имеют средний диаметр 50.0± 0.7 нм с расстоянием между трубками 104.2± 2.3 нм . Средня я плотность была определена на уровне 1.1х 10 10 НТ /см 2 . ПЭМ нанотру бок выявила хорошо гра фитизированную стру ктуру с расстоянием между графеновыми слоями 0.34 нм . Сообщается , что , изменяя параметры и время обработки алюминиевой подложки можно менять как диаметр НТ , так и расстоян ие между ними. Метод , протекающий при более низких температу рах (ниже 666 0 С ) также описан в статьях . Низкие температуры в процессе синтеза позволяют использовать в качестве подложки стекло с нанесенной пленкой никеля . Никелевая пленка служила катализатором для роста НТ метод ом осаждения из газовой фазы в активирова нной плазме с горячей нитью . В кач естве источника углерода использовался ацетилен . Меняя условия эксперимента можно менять диаметр трубок от 20 до 400 нм и их длину в пределах 0.1-50 мкм . Получаемые МСНТ большог о диаметра (>100 нм ) прямые и их оси напра вл е ны строго перпендикулярно подложке . Наблюдаемая плотность НТ по данным растр овой электронной микроскопии составляет 10 7 НТ /мм 2 . Когда диаметр НТ становится меньше 100 нм преимущественная ориен тация , перпендикулярная плоскости подложки , исчеза ет . Ориентиров анные массивы МСНТ могут создаваться на площадях в несколько см 2 . Электролитический синтез. Основная идея этого метода состоит в том , чтобы получить углеродные НТ , про пуская электрический ток между графитовыми эл ектродами , находящимися в расплавленн ой и онной соли . Графитовый катод расходуется в процессе реакции и служит источником атомо в углерода . В результате формируется широкий спектр наноматериалов . Анод представляет соб ой лодочку , сделанную из высоко чистого гр афита и заполненную хлоридом лития. Лодочка нагревается до температуры плавле ния хлорида лития (604 0 С ) на воздухе или в атмосфере инер тного газа (аргона ). В расплавленный хлорид лития погружается катод и в течение од ной минуты между электродами пропускается ток 1-30 А . За время пропускания т ока пог руженная в расплав часть катода эродирует . Далее расплав электролита , содержащий частицы углерода , охлаждался до комнатной температур ы. Для того чтобы выделить части цы углерода , получившиеся вследствие эрозии к атода , соль растворялась в воде . Осадок выделялся , растворялся в толуоле и диспер гировался в ультразвуковой ванне . Продукты эл ектролитического синтеза исследовались с помощью ПЭМ . Выявлено , что они состоят из зака псулированных частиц металла , луковиц и углер одных НТ различной морфологии, включая спиральные и сильно изогнутые . В зависимо сти от условий эксперимента диаметр нанотрубо к образованных цилиндрическими графеновыми слоям и колебался от 2 до 20 нм . Длина МСНТ дост игала 5 мкм . Найдены оптимальные условия по току - 3-5 А . При высоком з н ачении тока (10-30 А ) образуются только закапсулированные частицы и аморфный углерод . При низких значениях тока (<1 А ) образуется только аморфн ый углерод. Конденсационный м етод.. В методе квазисвободной конденса ции пара , углеродный пар образуется в результате резистивного нагрева графитовой лен ты и конденсируется на подложку из высоко упорядоченного пиролитического графита , охлаждаемую до температуры 30 0 С в вакууме 10 -8 Торр . ПЭМ исследования , полученных плено к толщиной 2-6 нм показывают , что они сод ержат углеродные НТ диаметром 1-7 нм , дли ной до 200 нм , большинство из которых заканчи вается сферическими окончаниями . Содержание НТ в осадке превышает 50%. Для многослойных НТ расстояние между образующими их графеновыми слоями составляет 0.34 нм . Трубки р ас полагаются на подложке практически горизонтально. Метод конструктивного разрушения Этот метод был разработан исследовате лями лаборатории IBM . Как было сказано ранее , нанотрубк и обладают как металлическими , так и полуп роводниковыми свойствами . Одн ако для прои зводства ряда устройств на их основе , в частности - транзисторов и , далее , процессоров с их использованием , нужны только полупрово дниковые нанотрубки . Ученые из IBM разработали м етод так называемого “конструктивного разрушения ” , который позвол и л им разрушить все металлические нанотрубки и при этом оставить неповрежденными полупроводниковые . То есть они либо последовательно разрушают по одной оболочке в многостенной нанотрубке , либо выборочно разрушают металлические односте нные нанотрубки. Вот к ак вкратце описывается этот процесс (рис . 2): 1. Слипшиеся “канаты” из металлических и полупроводниковых трубок помещают на подложк у из окисла кремния. 2. Затем на подложку проектируется литогр афическая маска для формирования электродов ( металлических прок ладок ) поверх нанотрубок . Эти электроды работают как переключатели д ля включения /выключения полупроводниковых нанотр убок. 3. Используя саму кремниевую подложку как электрод , ученые “выключают” полупроводниковые нанотрубки , которые просто блокируют прохожде ние любого тока через себя. 4. Металлические нанотрубки остались незащищ енными . После чего к подложке прикладывается подходящее напряжение , разрушающее металлические нанотрубки , в то время как полупроводнико вые нанотрубки остаются изолированными . В рез ульт ате остается плотный массив неповрежд енных работоспособных полупроводниковых нанотрубок - транзисторов , кот орые можно использовать для создания логическ их цепей - т . е . процессоров. Теперь рассмотрим эти процессы подроб нее . Различные оболочки МСНТ м огут име ть различные электрические свойства . В резуль тате электронная структура и механизмы перено са электронов в МСНТ различны . Эта сложнос ть структуры позволяет выбирать и использоват ь только одну оболочку МСНТ : ту , что им еет желанные свойства. Разрушение многостенных нанотрубок происходит в воздухе при определенном уров не мощности , посредством быстрого окисления н аружных углеродных оболочек . Во время разруше ния ток , текущий через МСНТ , изменяется по шагово , причем эти шаги с удивительной пос тоя н ностью совпадают с разрушением отдельной оболочки . Контролируя процесс удалени я оболочек одну за другой , можно создавать трубки с желаемыми характеристиками внешней оболочки , металлической или полупроводниковой . Выбирая диаметр внешней оболочки , можно пол у чить желаемую ширину запрещенной зоны. Если для создания полевого транзистор а используются “канаты” с одностенными нанотр убками , то в них нельзя оставлять металлич еские трубки , т . к . они будут доминировать и определять транспортные свойства устройств а , т.е . не дадут осуществить полевой эффект . Эта проблема также решается путем выборочного разрушения. В отличие от МСНТ , в тонком “к анате” каждая ОСНТ может подсоединяться по отдельности к внешним электродам . Таким обр азом , “канат” с МСНТ можно пред ставить как независимые параллельные проводники с общей суммарной проводимостью , подсчитываемой п о формуле : G(Vg) = Gm + Gs(Vg), где Gm создается металлическими нанотрубками , и Gs является зависимой от затвора проводимо стью полупроводниковых нанотрубок . К роме того , множество ОСНТ в “канате” контактируют с воздухом , потенциально окисляющей средой , поэтому множество трубок может быть разруш ено одновременно , в отличие от случая с МСНТ . И , наконец , одностенные нанотрубки в маленьком “канате” не защищают друг д руга электростатически столь же эффективн о , как концентрические оболочки МСНТ. В результате , управляющий электрод мож но использовать для эффективного уменьшения п ереносчиков электрического тока (электронов или дырок ) в полупроводниковых ОСНТ в “канат е” . Это превращает полупроводниковые труб ки в изоляторы . В этом случае окисление , вызванное током , можно направить только на металлические ОСНТ в “канате”. Производство массивов полупроводниковых н анотрубок осуществляется просто : путем помещения “кан атов” ОСНТ на окисленную подложк у кремния , а затем набор из источника тока , заземления и изолированных электродов р азмещается литографическим способом на вершине “канатов” . Концентрация трубок предварительно в ыбрана таким образом , что в среднем только оди н “канат” замыкает источник и землю . При этом специальной ориентации нанотрубок не требуется . Нижний затвор (сама кремниевая подложка ) используется для запирания полупроводниковых трубок , а затем прикладыва ется избыточное напряжение для разрушения мет аллич е ских трубок в “канате” , что и создает полевой транзистор. Применяя эту технологию выборочного р азрушения , можно контролировать размер углеродной нанотрубки , что позволяет строить нанотрубки с заранее заданными электрическими свойствам и , отвечающими т ребуемым характеристикам электронных устройств . Нанотрубки можно использов ать как провода с наноразмерами или актив ные компоненты в электронных устройствах : нап ример , как полевые транзисторы . Понятно , что в отличие от полупроводников на основе кремния , тр е бующих создания проводник ов на основе алюминия или меди для со единения полупроводниковых элементов внутри крис талла , в этой технологии можно обойтись то лько углеродом. Сегодня производители процессоров для увеличения частоты пытаются уменьшить длину каналов в транзисторах . Технология , предло женная IBM, позволяет успешно решить эту проблем у при использовании углеродных нанотрубок в качестве каналов в транзисторах. Устройства на основе углеродных нанотрубок Диод Цилиндрические неизогнутые нанотр убки образуются из п овторяющихся углеродных шестиугольников . Если угл еродный шестиугольник заменить , например , на п ятиугольник , семиугольник или на два таких дефекта , как показано на рис . 3, нанотрубка изогнется . С разных сторон относительно изг иба ориент а ция углеродных шестиугольн иков оказывается различной . Но с изменением ориентации шестиугольников по отношению к оси нанотрубки меняется ее электронный спектр , положение уровня Ферми , ширина оптической щели и т.п . В частности , для приведенного на рис . 3 сл у чая , слева относит ельно изгиба нанотрубка должна быть металличе ской , а справа - полупроводниковой . Таким образо м , эта изогнутая нанотрубка должна представля ть собой молекулярный гетеропереход металл-полупр оводник . Если рассматривать данные куски нан отрубки изолированно , с разных сто рон относительно изгиба электроны на уровне Ферми обладают разной энергией . В единой системе выигрыш в энергии приводит к перетеканию заряда и образованию потенциальног о барьера . Электрический ток в таком перех оде течет т о лько в том случае , если электроны перемещаются из области н анотрубки с большей энергией Ферми в обла сть с меньшей . Иначе говоря , ток может течь только в одном направлении . “Односторонн ее” прохождение тока через нанотрубку с и згибом используется для создан и я выпрямляющего диода - одного из основных элеме нтов электронных схем (рис . 4). Полевой транзисто р На основе полупроводниковой или металлической нанотрубки удалось сделать пол евые транзисторы [4, 5] , работающие при комнатной (в перво м случае ) и св ерхнизкой (во втором ) температуре . Полевые транзисторы (триоды ) - электрон ные устройства , на перенос заряда через ко торые оказывает сильное влияние внешнее (упра вляющее ) электрическое поле , что используется в усилителях электрического сигнала , переключате л ях и т.п . В транзисторе на полупроводников ой нанотрубке электрическое поле управляет ко нцентрацией носителей в зонах делокализованных состояний (рис . 5). В полупроводниковой нанотрубке состояния валентной зоны отделены от сос тояний зоны проводимости энергетической щел ью - запрещенной зоной . Из-за наличия этой щ ели при обычных условиях концентрация носител ей в зонах мала и нанотрубка обладает высоким сопротивлением . При подаче на трети й электрод (затвор ) электрического потенциала U в области нанотруб к и возникает эл ектрическое поле и изгиб энергетических зон изменяется . При этом концентрация дырок в валентной зоне (и соответственно электропров одность ) возрастает по экспоненциальному закону со смещением края зоны относительно уровня Ферми . При потенциал е затвора о коло – 6 В концентрация дырок достигает ма ксимального значения , сопротивление - минимального , а нанотрубка становится металлической . При создании полевого транзистора на металлической нанотрубке используются эффекты туннельного переноса элек тронов через нанотрубку по отдельным молекулярным орбиталям . Из-за конечной длины нанотрубки ее электрон ный спектр , строго говоря , не непрерывен , а дискретен , с расстоянием между отдельными уровнями ~1 мэВ при длине нанотрубки ~1 мкм (рис . 6). Такой харак т ер расщепления уровней , конечно , не сказывается на электроп роводности нанотрубки , например , при комнатной температуре (0.025 эВ ), но полностью определяет е е электрические свойства при температуре ниже 1 К . Проводимость металлической нанотрубки в таки х условиях обусловлена тем , что электроны перескакивают (туннелируют ) с верхнег о заполненного уровня катода на проводящий дискретный уровень нанотрубки , а затем с нанотрубки на нижний незаполненный уровень анода . В пределах нанотрубки туннелирование элект р она происходит очень легко (практически без рассеяния и без потерь энергии ) за счет p-электронных состояний , дел окализованных на всю длину нанотрубки . Высока я металлическая проводимость в электрической цепи возможна в случае , если так же ле гко осуществляе т ся перенос электронов между нанотрубкой и электродами . В экспер именте это достигается возможно более точной подгонкой уровней Ферми электродов к эне ргии проводящего уровня нанотрубки . Включение внешнего электрического поля при подаче элек трического потенц и ала на третий э лектрод смещает электронный уровень нанотрубки , и ее сопротивление возрастает. Дисплей Дисплей - это первое , что мы видим , когда подходим к компьютеру . Оказалось , ч то углеродные нанотрубки могут быть полезны также и для создания дисп леев но вого поколения [2, 6] . Рассмотрим углеродную нанотрубку , закрепл енную на катоде и ориентированную в напра влении анода (рис . 7). Если на электроды пода ть напряжение соответствующей полярности , нанотру бка заряжается отрицательно , линии электрич еского поля вблизи заряженной нанотрубки искривляются и в окрестности острия нано трубки напряженность поля становится огромной , причем тем больше , чем тоньше нанотрубка . Такое локальное поле может вырывать электр оны из нанотрубки . Под действием внешнего п о ля летящие электроны формируются в пучок . Этот эффект , называемый автоэлектро нной эмиссией , кроме дисплеев , используется дл я создания выпрямителей . В обоих случаях берут два плоских электрода , один из которых покрывают слое м из углеродных нанотрубо к , ориентированн ых перпендикулярно ко второму . Если на эле ктроды подается такое напряжение , что нанотру бка заряжается отрицательно , из нанотрубки на второй электрод излучается пучок электронов : ток в системе идет . При другой полярн ости нанотрубка заряжает с я положитель но , электронная эмиссия из нее невозможна и ток в системе не идет . Чтобы с помощью автоэлектронной эмисс ии получить изображение , на аноде закрепляют люминофор . Электронный удар возбуждает молек улы люминофора , которые затем переходят в осн овное состояние , излучая фотоны . Наприм ер , при использовании в качестве люминофора сульфида цинка с добавками меди и алюм иния наблюдается зеленое свечение , а при д обавлении серебра - синее . Красный цвет получаю т с помощью легированного европием оксида итт р ия . Электромеханический резонанс Преобразование электрических колебаний в механические требуется для создания различны х устройств , например электроакустических головок . Для возбуждения колебаний нанотрубки под действием электрического поля ее зак ре пляют на одном из двух электродов , на этот раз под углом ко второму электроду . При подаче на электроды электрического нап ряжения трубка заряжается и за счет элект ростатического притяжения отклоняется ко второму электроду . Если на электроды подать перем е н ное напряжение , частота которого совпадает с частотой собственных колебаний нанотрубки , зависящих от ее толщины и д лины , возникнут механические колебания нанотрубки . Квантовые провода Теоретические и экспериментальные исследо вания электрических и магнитных свойств нанотрубок обнаружили ряд эффектов , которые указывают на квантовую природу переноса за ряда в этих молекулярных проводах и могут быть использованы в электронных устройствах . Проводимость обычного провода обратно пропорциональна его длине и прямо про порциональна поперечному сечению , а в случае нанотрубки она не зависит ни от ее длины , ни от ее толщины и равна ква нту проводимости 2e 2 /h (12.9 кОм – 1 ) - предельному значению проводимости , которое отвечает свободному переносу делокализован ных электронов по всей длине проводни ка . При обычной температуре наблюдаемое значе ние плотности тока (10 7 А см – 2 ) на два порядка превосходит достигнутую сейчас плотность тока в сверхпроводниках . Нанотрубка , которая нах одится при температурах около 1 К в контакте с дв умя сверхпроводящими электродами , сама становится сверхпроводником . Этот эффект связан с те м , что куперовские электронные пары , образующи еся в сверхпроводящих электродах , не распадаю тся при прохождении чере з нанотрубк у . При низких температурах на металличес ких нанотрубках наблюдали ступенчатое возрастани е тока (квантование проводимости ) при увеличен ии напряжения смещения V, приложенного к нанотр убке : каждый скачок отвечает появлению очеред ного делокали зованного уровня нанотрубки в промежутке между уровнями Ферми катода и анода (рис . 6, а ). Нанотрубки обладают ярко выраженным м агнитосопротивлением : электропроводность сильно завис ит от индукции магнитного поля . Если прило жить внешнее поле в направл ении оси нанотрубки , наблюдаются заметные осцилляции эле ктропроводности ; если поле приложено перпендикуля рно оси НТ , то наблюдается ее возрастание . Химическая модифи кация Возможности использования нанотрубок в молекулярной электронике неизмеримо в озрас тают при переходе от чисто углеродных к химически модифицированным нанотрубкам . Например , благодаря наличию цилиндрической полости внутр ь углеродных нанотрубок удается внедрить разл ичные элементы , включая тяжелые металлы . Возмо жно добавление аддендов (например , ат омов фтора ) на внешнюю поверхность трубки . Кроме углеродных , сейчас умеют получать и бор-азотные нанотрубки . Во всех этих случаях должны получаться материалы с новыми и пока еще экспериментально не изученными св ойствами . Светодиоды Еще одн о применение МСНТ - изготовление светодиодов н а основе органических материалов [3] . В данном случае для их изготовления использовался след ующий метод : порошок из НТ смешивали с органическими элементами в толуоле и облуч али ультразвуком , затем раство ру давали отстоятся в течение 48 часов . В зависимости от начального количества компонентов получалис ь различные массовые доли НТ . Для изготовл ения светодиодов снимали верхнюю часть раство ра и путем центрифугирования наносили на стеклянную подложку , после ч его напы ляли аллюминиевые электроды на полимерные сло и . Полученные устройства исследовались методом электролюминисценции , который выявил пик их излучения в инфракрасной области спектра (600-700 нм ). Заключение В настоящее время углеродные нанотрубк и привлекают к себе много внимания благодаря возможност и изготовления на их основе устройств нан ометровых размеров . Несмотря на многочисленные исследования в этой области , вопрос о м ассовом производстве таких устройств остается открытым , что связано с нев о змо жностью точного контроля получения НТ с з аданными параметрами и свойствами . Однако в ближайшем будущем следует ожидать бурного развития в этой области из-за возможности производства микропроцессоров и чипов на осно ве нанотранзисторов и , как следствие , и нвестирования в эту область корпорациями , специализирующимся на компьютерной технике . Литература : 1. Углеродные нанотрубки . Материалы для компьютеров XXI века , П.Н . Дь ячков // Природа № 11, 2000 г. 2. Carbon nanotube arrays on silicon substrates a nd their possible application , Shoushan Fan et al. // Physica E 8 (2000) 179-183 3. A carbon nanotube composite as an electron transport layer for M3EH-PPV based light-emitting diods, P. Fournet et al. // Synthetic Metals 121 (2001) 1683-1684 4. Manip ulation of Carbon Nanotubes and Properties of Nanotube Field-Effect Transistors and Rings, H. R. Shea et al. // Microelectronic Engineering 46 (1999) 101-104 5. Single-wall carbon nanotube based devices, J. Lefebvre et al. // Carbon 38 (2000) 1745 – 1749 6. An under-gate triode structure field emission display with carbon nanotube emitters, Y.S. Choi et al. // Diamond and Related Materials 10 (2001) 1705-1708 7. Материал ы Интернета.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Собрали девочку в школу. А по деньгам, как замуж выдали.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, курсовая по физике "Элементы электроники на углеродных нанотрубках", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru