Материал: Наукоемкие технологии и материалы. сборник трудов региональной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых

за одну штуку. На оборудование одной нефтевышки требуется порядка 200 газовых сенсоров. В связи с этим приобретение таких приборов увеличивает затраты на нефтедобычу.

В настоящее время среди газовых сенсоров широкое распространение получили пьезокварцевые, термокаталитические и кондуктометрические (полупроводниковые). С развитием нанотехнологий удалось получить высокодисперсный материал, обладающий высокой сорбционной активностью, что позволило повысить чувствительность полупроводниковых сенсоров. В работе мы предлагаем использование стабильных и высокочувствительных полупроводниковых (МОS) сенсоров на основе нанопорошка диоксида олова. Для производства нанопорошка использовали ацетат олова

(+2):

Полученную нанодисперсную оловянную кислоту осаждали, просушивали и прокаливали. В результате оловянная кислота превращалась в нанопорошок диоксида олова (рисунок):

Снимок зерен SnO2, полученный на просвечивающем электронном микроскопе.

Порошок смешивали с наполнителем и отжигали. Для повышения селективности и чувствительности были подобраны каталитические добавки, температуры отжига чувствительного слоя и оптимальные температурные режимы работы сенсора, что позволило снизить предел обнаружения и определять концентрации сероводорода ниже 10 ppm. Использование дешевых прекурсоров и простой методики получения нанопорошка позволяет производить сенсоры по $35 за штуку.

151

УДК 621.382

РАЗРАБОТКА ГИБРИДНЫХ ЭМИТТЕРОВ НА ОСНОВЕ НАНОСТРУКТУР С60/S

Тучин А. В.

Воронежский государственный университет

E-mail: 24in@mail.ru

Создание устройств наноэлектроники, совместимых с кремниевой технологией является актуальной задачей на данный момент. Среди множества перспективных направлений разработок большой интерес представляют полевые электронные эмиттеры для современной вакуумной электроники, которая сохраняет свои позиции в областях применений, где требуется радиационная стойкость, высокая пиковая мощность, устойчивость к электромагнитным импульсам и т.п. Основным недостатком полевых эмиттеров до последнего времени были высокие рабочие напряженности электрического поля и необходимость использования высокого вакуума. Обнаружение эмиссионных свойств у наноуглеродных структур расширило возможности применения полевых эмиттеров. Это обстоятельство было обусловлено чрезвычайно низкими пороговыми напряженностями поля и способностью к работе в относительно низком вакууме. В качестве наноуглеродных структур в эмиссионных устройствах используют углеродные нанотрубки (УНТ). Низкая пороговая напряженность эмиссии обеспечивается наличием больших локальных полей, возникающих из-за присутствия фуллереновых «шапок» на концах нанотрубок. Несмотря на хорошие эмиссионные свойства УНТ, существует непреодолимая технологическая проблема выращивания регулярных структур УНТ одинакового диаметра и хиральности ориентированных перпендикулярно подложке. Замена нанотрубок на фуллерены, которые являются идентичными при различных технологических условиях, позволит решить указанные проблемы. Для разрабатываемых эмиссионных устройств на основе фуллеренов исследуются фуллерены С84 [1], которые значительно дороже фуллеренов С60. Целью работы является создание новых гибридных структур на основе фуллеренов С60/Si для автоэмиссионных устройств.

На данный момент из первых принципов проведены расчеты молекулы фуллерена С60 во внешнем электрическом поле в интервале 0…108 В/см. Выявлена ориентационная деформация углеродного

152

скелета, индуцированное перераспределение заряда, приводящее к возникновению дипольного момента фуллерена С60 (11.35 D, при E=5∙107 В/см), обнаружена селективная реакция электронных подсистем на внешнее поле: σ- электронная подсистема остается стабильной, а в π-электронной системе наблюдается значительное перераспределение электронной плотности, что обеспечивает электрическую и термическую стабильность фуллерена С60, с одной стороны, и возможность влиять на реакционные способности молекулы. Ориентационная деформация и возбуждение π-электронной подсистемы приводят к значительным изменениям ИК-спектра фуллерена С60. Установлено, что при величине поля E=5∙107 В/см происходит активация шести дополнительных колебательных мод ИКспектра [3]. Важной характеристикой молекул является энергетический зазор между низшей свободной молекулярной орбитатью (LUMO) и высшей занятой МО (HOMO). Значение энергетического зазора влияет на многие характеристики молекулы [2]. В ходе работы установлено, что электрическое поле стабилизирует LUMO и дестабилизирует HOMO орбитали, что приводит к уменьшению потенциала ионизации фуллерена С60 и к уменьше-

нию ELUMO-HOMO. Уменьшение ELUMO-HOMO приводит к изменению как электрических и оптических свойств фуллеренов, так и к акти-

вации молекулы, что упростит проведение химических реакций с С60. При осаждении фуллеренов на Si необходима активация подложки и фуллерена, активация электрическим полем является предпочтительнее стандартной термической, так как уменьшает требование к вакууму в камере, где проводится осаждение.

Литература

1.Chih-Pong Huang, Chih-Chuan Su, et. al Nanomeasurements of electronic and mechanical properties of fullerene embedded Si (111) surfaces //.- Appl. Phys. Let.- 2010.- №97, p. 061908 01-061908 03

2.Каманина Н. В. Электрооптические системы на основе жидких кристаллов и фуллеренов – перспективные материалы наноэлектроники. Свойства и области применения // СПб: СПбГУ-

ИТМО, 2008. С. 137.

3.Тучин А. В., Битюцкая Л. А. Поляризация фуллерена С60 в постоянном электрическом поле // Конд. ср. и межф. гр.- 2010.-Т12, №12.-С.168-172

153

УДК 621.382

РАЗРАБОТКА МАКЕТА ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА НА ОСНОВЕ ГРАФЕНОВЫХ ЛИСТОВ

Сухотерин Е. В.

Воронежский государственный университет

E-mail: suhoterin88@mail.ru

В настоящее время кремниевые технологии, фактически, достигли своего предела. Для повышения скорости вычислений при одновременном уменьшении размера устройств, необходимо искать альтернативный подход. Один из вариантов такого подхода – использование новых веществ, исследование которых возможно благодаря нанотехнологиям. Одним из наиболее вероятных кандидатов на должность «кремниезаменителей» являются материалы на основе углерода — углеродные нанотрубки и графен, которые могут стать основой наноэлектроники будущего. Графен обладает замечательной механической и химической стабильностью и уникальными электронными свойствами.[1,2].

Целью работы является, создание полевого транзистора на основе графеновых листов.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи: Расчѐт квантоворазмерных эффектов в графеновом транзисто-

ре.

Моделирование свойств полевых транзисторов на основе графена.

Разработка теоретической модели полевого транзистора, с использованием программных пакетов.

Создание тестового образца и тестового окружения. Планируется проведение работ в течение 2 лет в соответствии

с календарным планом. Работа выполняется в четыре этапа:

Этап 1. Анализ литературы, описание способов и выбора решения задач, обоснование принятого направления разработки.

Этап 2. Моделирование свойств полевых транзисторов на основе графена:

-расчет и моделирование вольт-амперных характеристик;

-расчет и моделирование плотности носителей заряда как функции затворного напряжения;

-моделирование основных характеристик графенового транзистора при различных температурах;

154

- расчѐт распределения электрического поля.

Этап 3. Конструирование теоретической модели полевого транзистора, с использованием программных пакетов:

-создание алгоритма работы полевого транзистора на основе графена;

-разработка функционального описания теоретической модели полевого транзистора.

Этап 4. Создание тестового образца и тестового окружения.

-сравнение экспериментальных и теоретических характе-

ристик.

-подготовка отчетных материалов.

Ожидаемые научные результаты по завершении 1-го года финансирования - анализ теоретической модели графенового транзистора; устранение высокого тока утечки в графенофых структурах, с помощью использования узких полосок графена в которых присутствует кванто-размерный эффект, благодаря которому образуется запрещенная зона; изучение возможности минимизации транзистора на базе графена; разработка конструкции полевого транзистора на основе двухслойного графена.

Ожидаемые научные результаты по завершению 2-го года финансирования - разработка методики технологического процесса по созданию транзистора на основе графена; получение графенового транзистора, работающего в гигагерцовом диапазоне; измерение вольт-амперных характеристик и других характеристик графенового транзистора; сравнение расчѐтных и экспериментальных характеристик.

Литература

1.M. Barbier Single-layer and bilayer graphene superlattices: collimation, additional Dirac points and Dirac lines / M.Barbier, P. Vasilopoulos, F. Peeters // Phil. Trans. R. Soc. A - 2010 №(368) p. 5499-5524.

2.L.Liao High-κ oxide nanoribbons as gate dielectrics for high mobility top-gated grapheme transistors / L. Liao, J. Bai, Y. Qu, Y. Lin, Y. Li, Y. Huangb, X. Duan // PNAS 2010 №15 p. 6711–6715.

155