Регистрация / Вход
Прислать материал

14.585.21.0004

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.585.21.0004
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
Акционерное общество "Научно-исследовательский центр по изучению свойств поверхности и вакуума"
Название доклада
Разработка и исследование однослойных низкоразмерных углеродных наноструктур с контролируемыми электронными свойствами.
Докладчик
Кумсков Андрей Сергеевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Целью проекта является разработка и исследование низкоразмерных углеродных наноструктур на основе легированного графена и одностенных углеродных нанотрубок, содержащих одномерные кристаллы, с возможностью прецизионного локального контроля электрофизических характеристик и для создания новых материалов наноэлектроники и электротехники. Основной задачей исследований является разработка методологии направленного изменения электронной структуры одностенных углеродных нанотрубок и графена путем химической модификации углеродных наноструктур. При этом в случае нанокомпозитов на основе одностенных углеродных нанотрубок модифицирующий агент интеркалирован во внутренний канал нанотрубок. Модификация углеродных структур электрон-донорными или акцепторными веществами позволит направленно изменять положение уровня Ферми, плотность состояний и количество носителей заряда. Для модификации поверхности одностенных углеродных нанотрубок используются соединения класса ABn, где (А – 3d или 4f металл; B –галоген или халькоген), например: А = Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Sn, Pb, Tb; B = Cl, Br, I, S, Se, Te, обладающие достаточно низкими температурами плавления (менее 1000 °С) для заполнения внутреннего канала ОСНТ методом капиллярного внедрения из расплавов. Формирование модифицированных наноструктур на основе графена осуществлялось с использованием элементов первой группы периодической системы в качестве допирующих агентов.
Актуальность и новизна исследования
В работе исследовалось два основных типа углеродных наноструктур с контролируемыми электронными свойствами: 1) Одностенные углеродные нанотрубки (ОСНТ) и нанокомпозиты на их основе (по международной классификации – мета-нанотрубки). 2) Графен различного типа, в том числе модифицированный графен. Оба объекта исследований являются в настоящий момент наиболее изучаемыми в мировой науке и считаются перспективными для развития наноэлектроники и создания транзисторов нового поколения. Уменьшение размеров транзистора приводит к необходимости создания частей транзистора, характерные размеры которых сравнимы с толщиной нескольких атомарных слоев. Так, для 14 нм технологии (2013-2014 г.) длина канала составляет менее 10 нм. Однако при уменьшении размера элементов микроэлектроники все сильнее проявляются квантовые эффекты, и возникает проблема переноса заряда путем туннелирования электрона через “закрытый” канал. Таким образом, актуальность создания электронных устройств на основе низкоразмерных углеродных наноструктур обусловлена всеобщей тенденцией миниатюризации и ограниченностью подходов нанолитографии для формирования элементов микросхем размером <10 нм. Использование единичных нанотрубок или нанолент графена в качестве канала полевого транзистора позволяет не только решить проблему стока заряда, но и добиться существенного уменьшения его геометрических размеров. Все высокоразвитые государства ведут интенсивные разработки, направленные на использование уникальных свойств углеродных наноматериалов в нано- и микроэлектронике. Только в США и Европе в 2013 году в это направление было инвестировано 3,8 миллиарда долларов.
Описание исследования

Для установления влияния электронных свойств модификаторов на электронные свойства нанокомпозитов и установления природы взаимодействия между допирующим агентом и углеродными наноструктурами использован комплекс методов характеризации структуры и электронных свойств материалов, включая просвечивающую и растровую электронную микроскопию высокого разрешения, локальный рентгеноспектральный микроанализ, спектроскопию потерь энергии электронов, спектроскопию поглощения в УФ и видимой области, спектроскопию комбинационного рассеяния, рентгеновскую  фотоэлектронную спектроскопию и рентгеновскую абсорбционную спектроскопию. Кроме того изучение локальной электронной структуры нанокомпозитов с атомным разрешением осуществлялось по работе выхода вторичных электронов методом высокоразрешающей спектроскопии энергетических потерь электронов в режиме сканирующей просвечивающей микроскопии. Электрофизические измерения осуществлялись путем создания контактов в электронно-ионном (двулучевом) растровом электронном микроскопе. Измерения электрофизических свойств проводились непосредственно в электронном микроскопе. Помимо экспериментальных исследований проводились квантово-механического моделирование атомной и электронной структуры нанокомпозитов с применением теории функционала плотности (DFT), расчеты в рамках теории функционала электронной плотности с использованием набора современных базисов и псевдопотенциалов (B3LYP) с оптимизацией координат атомов (программный пакет WASP).   

Результаты исследования

Основными результатами реализации проекта являются фундаментальные и технологические аспекты контроля электронной структуры и транспортных свойств низкоразмерных однослойных углеродных наноструктур, в том числе:

•Методы формирования нанокомпозитов «одномерный кристалл»@ОСНТ с помощью внедрения неорганических веществ из газовой фазы, расплавов, а также непосредственного синтеза нанокристаллов в каналах ОСНТ. Оптимальные условия внедрения и кристаллизации вещества во внутренних каналах нанотрубок, обеспечивающих максимальную степень заполнения и однородность физических свойств.

•Методы формирования модифицированного графена путем химической модификации водородом, щелочными и щелочноземельными элементами. Оптимальные условия формирвоания слоя на внешней поверхности графена и инетркаляции под слой графена, обеспечивающих максимальный сдвиг точки Дирака.

 •Установление природы взаимодействия между модификатором и графеновым листом в сформированных наноструктурах, а также определение корреляции атомной и электронной структуры композитов с химическим составом и электронными свойствами модификаторов.

•Способ направленной модификации электронных свойств однослойных низкоразмерных углеродных наноструктур.

•Установление возможности разработки и создания электронной компонентной базы на основе модифицированных однослойных низкоразмерных углеродных наноструктур для элементов наноэлектроники нового поколения (диодов и полевых транзисторов).  

Практическая значимость исследования
Полученные результаты могут быть использованы при разработке элементной базы наноэлектроники. В Микро- и наноэлектроника, нанотехнологии. Полученные результаты должны являются основой для разработки ТЗ на ОКР «Создание электронной компонентной базы на основе низкоразмерных углеродных наноструктур». В перспективе результаты данной работы, положенные в основу ОКР «Создание электронной компонентной базы на основе низкоразмерных углеродных наноструктур», должны привести с созданию прототипов наноэлектронных устройств. Основной областью применения ожидаемых результатов, полученных совместно российской стороной и иностранным партнером, является дальнейшее развитие методов формирования элементов наноэлектроники и электрофизики с минимальной площадью сечения канала и, следовательно, низкими токами утечки через закрытый канал. Ожидается, что полученные в ходе исследований наноструктурированные материалы на основе углеродных композитов будут перспективны для применения в наноэлектронике, аккумуляторах, суперконденсаторах, для защиты от электромагнитных излучений, для создания каталитически активных материалов. Испытание их электронных и других свойств позволит сформулировать более конкретно области их применения и возможных потребителей. Возможные потребители ожидаемых результатов, а также возможные пути и необходимые действия по доведению до потребителя ожидаемых результатов, в том числе на международной арене. Возможными потребителями ожидаемых результатов могут выступать предприятия, связанные с производством высокотехнологичных изделий микро- и наноэлектроники (НТ-МДТ, ЗАО Силикон, НИП ВИСКЕР, Центр перспективных технологий, Концерн Наноиндустрия и т.д.). Потребителями разработок могут также являться зарубежные институты и организации специализирующиеся в области микро- и наноэлектроники, и заинтересованные в возможности использования устройств на основе углеродных наноструктур с заданной величиной проводимости и выводе их на рынок (Samsung, LGChem и т.д.).
Постер

Poster_corr.pptx