Углеродные нанотрубки - Кафедра физики твердого тела ПетрГУ

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального
образования
ПЕТРОЗАВОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра физики твердого тела
МИКРОМИНИАТЮРИЗАЦИЯ
И
ПРИБОРЫ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ.
Слайды подготовили.
Студенты 3 курса:
Кешелава О. Т.
Вакуленко О.А.
РАЗРЕЗ ИНВЕРТОРА НА КМОП ПОЛЕВЫХ
ТРАНЗИСТОРАХ И ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ
СХЕМА, ПОЯСНЯЮЩАЯ ЕГО РАБОТУ.
МИКРОМИНИАТЮРИЗАЦИЯ МДППРИБОРОВ.
Эволюция размеров и параметров МДП-приборов
МИКРОМИНИАТЮРИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОРОВ INTEL
ЗАКОН МУРА ДЛЯ ЭВОЛЮЦИЙ КРЕМНИЕВЫХ
“ЧИПОВ”
ФИЗИЧЕСКИЕ ОГРАНИЧЕНИЯ МИКРОМИНИАТЮРИЗАЦИИ
Минимальная длина канала L,
определяемая физическими
ограничениями,
Зависимость напряжения пробоя
p-n+
в зависимости от напряжения
питания, толщины окисла и
уровня легирования
легирующей примеси в подложке
NA
перехода стока от концентрации
ПРИБОРЫ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ.
Наноразмерный полевой транзистор.
 Углеродные нанотрубки.
 Графен.
 Наноэмитер.
 Полевой транзистор с нанотрубками.
Приборы наноэлектроники для квантовых
компьютеров.


НАНОРАЗМЕРНЫЙ ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР.
УГЛЕРОДНЫЕ НАНОТРУБКИ.
Углеродные нанотрубки — это
протяжённые цилиндрические структуры диаметром от
одного до нескольких десятков нанометров и длиной до
нескольких сантиметров, состоящие из одной или нескольких
свёрнутых в трубку гексагональных графитовых плоскостей и
заканчивающиеся обычно полусферической головкой, которая
может рассматриваться как половина молекулы фуллерена.
ОДНОСТЕННЫЕ НАНОТРУБКИ.
МНОГОСТЕННЫЕ НАНОТРУБКИ.
ВОЗМОЖНЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ НАНОТРУБОК.




Механические применения: сверхпрочные нити, композитные материалы, нановесы.
Применения в микроэлектронике: транзисторы нанопровода, прозрачные проводящие
поверхности, топливные элементы.
Для создания соединений между биологическими нейронами и электронными устройствами в
новейших нейрокомпьютерных разработках.
Капиллярные применения: капсулы для активных молекул, хранение металлов и газов,
нанопипетки.

Оптические применения: дисплеи, светодиоды.

Медицина (в стадии активной разработки).



Одностенные нанотрубки (индивидуальные, в небольших сборках или в сетях) являются
миниатюрными датчиками для обнаружения молекул в газовой среде или в растворах с
ультравысокой чувствительностью — при адсорбции на поверхности нанотрубки молекул её
электросопротивление, а также характеристики нанотранзистора могут изменяться. Такие
нанодатчики могут использоваться для мониторинга окружающей среды, в военных,
медицинских и биотехнологических применениях.
Трос для космического лифта, так как нанотрубки, теоретически, могут держать и больше
тонны… но только в теории. Потому как получить достаточно длинные углеродные трубки с
толщиной стенок в один атом не удавалось до сих пор.
Листы из углеродных нанотрубок можно использовать в качестве плоских
прозрачных громкоговорителей, к такому выводу пришли китайские учёные
ГРАФЕН.

Графе́н (англ. graphene) — двумерная аллотропная модификация углерода,
образованная слоем атомов углерода толщиной в один атом, находящихся в sp²гибридизации и соединённых посредством σ- и π-связей
в гексагональную двумерную кристаллическую решётку. Его можно представить
как одну плоскость графита, отделённую от объёмного кристалла. По оценкам,
графен обладает большой механическойжёсткостью и рекордно
большой теплопроводностью (~1 ТПа и ~5·103 Вт·м−1·К−1 соответственно).
Высокая подвижность носителей заряда (максимальная подвижность электронов
среди всех известных материалов) делает его перспективным материалом для
использования в самых различных приложениях, в частности, как будущую
основу наноэлектроники и возможную замену кремния в интегральных
микросхемах.
ВОЗМОЖНЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ.


Графеновые наноленты — узкие полоски графена с шириной порядка
10-100 нм. По своим физическим свойствам отличаются от более
широких образцов, которые имеют линейный закон дисперсии как в
бесконечном графене. Наноленты интересны тем, что обладают
нелинейным законом дисперсии и полупроводниковыми свойствами
из-за наличия запрещённой зоны, которая зависит от ширины ленты и
расположения атомов на границах. Графеновые наноленты благодаря
этому рассматриваются как важный шаг в создании транзистора на
основе графена, который будет работать при комнатной температуре.
Графеновый полевой транзистор — транзистор из графена, который
использует электрическое поле, создаваемое затвором для управления
проводимостью канала. На сегодняшний момент не существует
промышленного способа получения графена, но предполагается, что
его хорошая проводимость поможет создать транзисторы с
высокой подвижностью носителей и по этому показателю превзойти
подвижность в полевых транзисторах на основе кремниевой
технологии.
НАНОЭМИТТЕРЫ.
КОНФИГУРАЦИЯ ЭМИТОРОВ С
УГЛЕРОДНЫМИ НАНОТРУБКАМИ.
ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР С НАНОТРУБКАМИ.
ПРИБОРЫ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ ДЛЯ КВАНТОВЫХ
КОМПЬЮТЕРОВ.

На рисунке приведена схема двух ячеек полупроводниковой структуры,
использующей изменение индивидуальных состояний ядерных спинов донорных
атомов фосфора.
СХЕМА МДП-ТРАНЗИСТОРА С КУБИТАМИ ИЗ
КВАНТОВЫХ ТОЧЕК В ПОДЗАТВОРНОМ
ДИЭЛЕКТРИКЕ.
Квантовые точки, находясь в подзатворном диэлектрике
МДП-транзисторов, способны влиять на ток канала
транзистора.
ИСТОЧНИКИ:

Гуртов В.А. Твердотельная электроника: Учеб.
Пособие – 3-е издю, доп.