کاربرد نانوساختارهاي کربني در ساخت ادوات گسيل الکتروني                     
1/25/2014--متفرقه
 
 

مقدمه
نانوساختارهاي کربني از رشد قابل ملاحظه‌اي در سال‌هاي اخير برخوردار بوده‌اند. همگام با ساير کشورها در ايران نيز تحقيقات در زمينه نانوساختارهاي کربني از رشد فزاينده‌اي برخوردار مي‌باشد. در آزمايشگاه تحقيقاتي لايه نازک دانشگاه تهران در زمينه ساخت نانولوله‌هاي کربني و کاربرد آنها در ساخت ادوات گسيل الکتروني، پژوهش مستمري در چند سال گذشته انجام شده است که قسمتي از آن به صورت مقاله زير ارائه مي‌شود.
آزمايش‌ برروي نانولوله‌هاي کربني با استفاده از رشد آنها بر روي بسترهاي سيليکوني و با تکنيک بخار شيميايي انجام مي‌گيرد. در اين روش که به صورت شماتيک در شکل (1) به نمايش گذارده شده است گازهاي حاوي کربن (خصوصا استيلن) مورد استفاده قرار مي‌گيرند که در رآکتوري از جنس کوارتز و در حضور پلاسماي سرد، به صورت راديکال‌هاي مناسب در آمده و برروي هسته‌بندي مناسبي از عنصر کاتاليستي مانند نيکل و يا کبالت لايه‌نشاني مي‌گرند. در صورتي که شرايط محيطي مانند دما و فشار گاز و نيز ميزان کاتاليست و دانه‌بندي اوليه آن مناسب باشند، رشد نانوساختارها به صورت عمودي و با خلوص و پراکندگي مناسب انجام مي‌گيرد. علاوه بر گاز استيلن که عامل لايه‌نشاني کربن مي‌باشد گاز هيدروژن نيز از اهميت بالايي برخوردار مي‌باشد و در تعيين هسته‌بندي اوليه لايه کاتاليزور و نيز اصلاح رشد نانولوله‌ها نقش تعيين‌کننده‌اي را بازي مي‌کند.
در شکل‌هاي (2) و (3) تصاويري با ميکروسکوپ الکتروني مربوط به برخي نمونه‌ها ارائه شده است که نمايش‌دهنده اثر شرايط رشد برروي کيفيت نانوساختارها مي‌باشد.


شکل (2) نمايشي از رشد بدون حضور پلاسماي سرد (شکل راست) و رشد متراکم نانولوله‌هاي کربني در حضور پلاسماي سرد (سمت چپ). بدون پلاسما يک رشد کاملاً نامنظم حاصل مي‌شود.

شکل (2) نشان‌دهنده رشد بدون نظم مشخص مي‌باشد که بدون حضور پلاسما و صرفاً در شرايط گرمايشي حاصل شده است. لازم به ذکر است که دماي رشد نانوساختارهاي کربني با استفاده از پلاسماي سرد بين 550 و 650 درجه سانتيگراد مي‌باشد که معمولا بدون حضور پلاسما منجر به رشد کاملاً نامنظم مي‌گردد.


شکل (3) رشد نانولوله‌هاي کربني از هسته‌هاي نيکلي به صورت عمودي. در شکل سمت راست رشد متراکمي از نانوساختارهاي کربني به صورت عمودي مشاهده مي‌گردد. دانه‌بندي اوليه عنصر کاتاليزور (نيکل) اهميت بالايي در اين رشد همگون دارد.

در شکل (3) رشد نانولوله‌هاي کربني به صورت تقريباً عمودي و حجيم ديده مي‌شود که در حضور پلاسما و با چگال تواني در حدود mW/cm2 10 حاصل شده است. در بسياري از موارد نياز به چنين رشد متراکمي داريم که از موارد مهم آن نمايشگرهاي گسيل الکتروني از نوک‌هاي تيز نانولوله‌هاي کربني مي‌باشد. اين‌گونه ساختارها با توجه به شکل بسيار تيز خود امکان خروج الکترون با اعمال ولتاژهاي پايين را مهيا مي‌سازند. گسيل الکتروني از نوک لوله‌ها در اثر اعمال ولتاژ به آنها کاربردهاي متعدد ديگري از جمله در ساخت اشعه‌هاي الکتروني متمرکز[ 1و2 ]و فرآيند ليتوگرافي دارد.

نانوساختارهاي گسيل الکترون
پس از رشددادن نانولوله‌ها، با استفاده از روش انباشت بخار شيميايي (CVD)، اکسيد تيتانيوم را به صورت بخار شيميايي و در فشار اتمسفري بر روي آنها لايه‌نشاني مي‌کنيم. اين مرحله در همپوشاني نانوساختارها از اهميت بالايي برخوردار مي‌باشد. اين مرحله در همپوشاني نانوساختارها از اهميت بالايي برخوردار مي‌باشد. چرا كه به نانوساختارهاي نيمه‌توخالي و به صورت لوله‌اي امكان تحقق مي‌دهد. سپس با استفاده از روش لايه‌نشاني با تبخير به کمک باريکة الکتروني، لايه‌اي به ضخامت 1 ميکرومتر از فلز کروم روي آن مي‌نشانيم. اين لايه نشاني براي ايجاد گيت‌هاي کنترل‌کننده براي ترانزيستورها و نيز بعنوان لنزهاي الکتروستاتيکي در حالت ليتوگرافي مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
براي آشکار شدن نوک نانولوله‌ها، از روش زدايش مکانيکي_شيميايي استفاده مي‌کنيم. در مرحلة بعدي با استفاده از تکنيک plasma-ashing نوک نانولوله‌ها را باز مي‌کنيم. استفاده از گاز حاوي اکسيژن در اين مرحله نقش اساسي دارد، چرا که بدون صدمه‌زدن به ساختارهاي محافظت‌کننده، فقط نانوساختارهاي کربني را بسوزاند تا به‌تدريج از ارتفاع نانولوله‌ها کاسته شده، به شکل مناسب دست يابيم.
شکل 4 نحوة عملکرد و شماي اين ساختار را نشان مي‌دهد. بدين ترتيب نانولوله‌ها براي گسيل الکتروني آماده مي‌شوند. با اعمال ولتاژ مناسب بين نانوساختارهاي کربني از يک طرف و صفحه مقابل که نقش‌ آند را بازي مي‌کند از طرف ديگر، جريان الکترون‌ها آشکار شده و ميزان اين جريان به وسيله ولتاژ بر روي گيت کاهش مي‌يابد. قسمت ديگر شکل 4، تصوير ميکروسکوپ الکتروني از ساختار کامل شده نانولوله‌ها را نشان مي‌دهد. با توجه به انجام مرحله پوليش مکانيکي – پلاسمايي، برخي از نانولوله‌ها که از شرايط مناسبي از نظر ارتفاع و قطر برخوردار نيستند عملا در ارسال جريان الکتريکي نقشي ندارند.


شکل (4) نماي شماتيک يک نانوساختار کربني و استفاده آن در ساخت ساتع کننده الکتروني. توضيح بيشتر در متن آورده شده است. در تصوير مقابل نمايشي از تصوير ميکروسکوپ الکتروني مربوط به مجموعه‌اي از اين ساتع کننده‌هاي الکتروني مشاهده مي گردد.

 صفحه آند که معمولاً از جنس ويفر سيليکوني مي&zwn

 
<<مقاله قبلی   مقاله بعدی>>
تشخيص مولكول هاي زيستي با ميكرومكانيك...   تکنيکهاي تصويربرداري در نانوتکنولوژي...
     
     
     
 
Go Top