Разработка и исследование технологических основ создания массивов вертикально ориентированных углеродных нанотрубок для устройств микроэлектронной сенсорики тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.01, кандидат наук Климин, Виктор Сергеевич

• Климин, Виктор Сергеевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Климин, Виктор Сергеевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

1.1 Основные направления применения массивов углеродных нанотрубок в электронике и микроэлектронной сенсорики

1.1.1 Чувствительные элементы сорбционных газовых датчиков

на основе УНТ

1.1.2 Чувствительные элементы ионизационных газовых датчиков

на основе УНТ

1.2 Строение и свойства углеродных нанотрубок

1.3 Методы получения углеродных нанотрубок

1.4 Особенности выращивание нанотрубок методом плазменного ГФХО

1.4.1 Анализ материалов каталитических центров для роста УНТ методом плазменного ГФХО

1.4.2 Механизмы роста УНТ на каталитических центрах

1.5 Факторы, определяющие свойства углеродных нанотрубок, в методе плазменного ГФХО

1.5.1 Влияние плазмы

1.5.2 Влияние каталитических центров

1.5.3 Влияние состава газовой фазы

1.5.4 Влияние напряженности электрического поля

1.6 Выводы и постановка задач

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ КАТАЛИТИЧЕСКИХ ЦЕНТРОВ И РОСТА УНТ

МЕТОДОМ ГФХО

2.1 Исследование процессов формирования каталитических центров конденсацией из атомарных потоков никеля

2.2 Термодинамический анализ взаимодействия материалов в системе каталитический центр/подслой/подложка кремния

2.3 Расчет критического давления ацетилена и времени роста УНТ

2.4 Выводы по главе 2

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМОВ ФОРМИРОВАНИЯ КАТАЛИТИЧЕСКИХ ЦЕНТРОВ И РОСТА ОРИЕНТИРОВАННЫХ МАССИВОВ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

3.1 Используемое исследовательское и технологическое оборудование

3.2 Исследование режимов формирования каталитических центров

центров на этапе нагрева

3.2.2 Исследование режимов формирования каталитических

центров на этапе активации

3.3 Экспериментальные исследования режимов выращивания массивов вертикально ориентированных УНТ методом плазменного ГФХО

3.3.1 Влияние давления газовой смеси

3.3.2 Влияние материала подслоя

3.2.3 Влияние мощности плазмы на геометрические параметры УНТ

3.2.4 Исследования влияния времени роста на геометрические параметры УНТ

3.4 Разработка технологического маршрута выращивания упорядоченных массивов УНТ

3.5 Выводы по главе 3

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО

МАРШРУТА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА

ИОНИЗАЦИОННОГО ГАЗОВОГО ДАТЧИКА С МАССИВОМ УНТ

4.1 Изготовление и исследование макета чувствительного элемента ионизационного газового датчика на основе массива вертикально ориентированных УНТ

4.2 Разработка технологического маршрута изготовления

120

газочувствительного датчика на основе массива УНТ

4.3 Выводы по главе 4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Приложение 1. «Фазовые диаграммы газофазных и твердофазных

реакций взаимодействия»

Приложение 2. «Лабораторно-технологические инструкции

технологических маршрутов изготовления»

Приложение 3. «Документы о внедрении и использовании результатов диссертационной работы»

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование технологических основ создания массивов вертикально ориентированных углеродных нанотрубок для устройств микроэлектронной сенсорики»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность диссертационной работы

Повышенный интерес к изучению углеродных нанотрубок (УНТ) обусловлен, с одной стороны, их уникальными физико-химическими свойствами, благодаря которым они являются привлекательным объектом фундаментальных исследований, а с другой стороны - широкими перспективами прикладного использования. Разработка технологий получения массивов ориентированных углеродных нанотрубок с контролируемыми параметрами открывает широкие возможности их применения в микроэлектронной сенсорике для создания чувствительных элементов газовых датчиков. Такие чувствительные элементы позволяют снизить рабочее напряжение и улучшить массогабаритные характеристики приборов.

Для реализации практических разработок, использующих УНТ, требуется селективный синтез нанотрубок с контролируемой структурой и свойствами. Одним из наиболее перспективных методов такого синтеза является химическое осаждение из газовой фазы (ГФХО) инициированное плазмой. Метод • плазменного ГФХО позволяет получать ориентированные массивы УНТ на различных подложках. Особенностью данного метода является использование каталитических центров.

Анализ литературных данных показывает, что на строение и свойства выращиваемых методом плазменного ГФХО углеродных нанотрубок существенное влияние оказывают: химическая природа и геометрические параметры частиц каталитических центров, давление, температура синтеза, состав рабочей газовой смеси, а также продолжительность процесса. Использование в качестве материала каталитических центров и подслоя различных металлов позволяет обеспечивать электрический контакт к выращенным структурам.

Таким образом, изучение влияния режимов выращивания углеродных нанотрубок методом плазменного ГФХО на их геометрические параметры является актуальной задачей и служит основой для разработки технологии синтеза ориентированных массивов углеродных нанотрубок с контролируемыми

параметрами для использования в качестве чувствительных элементов устройств микроэлектронной сенсорики.

Цель и задачи диссертационной работы

Целью диссертационной работы является разработка и исследование технологических основ выращивания массивов вертикально ориентированных углеродных нанотрубок методом плазменного химического осаждения из газовой фазы для чувствительных элементов ионизационных газовых датчиков.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

1. Обобщить и выявить основные требования к методам получения и свойствам углеродных нанотрубок для применения в приборах микроэлектронной сенсорики.

2. Выполнить теоретические исследования термодинамических закономерностей фазообразования в системе каталитический центр/подслой/подложка кремния при выращивании УНТ методом ГФХО.

3. Выполнить экспериментальные исследования закономерностей формирования каталитических центров методом термообработки тонких пленок никеля.

4. Выполнить экспериментальные исследования влияния режимов плазменного ГФХО на геометрические параметры углеродных нанотрубок.

5. Разработать конструкцию и технологический маршрут изготовления чувствительного элемента ионизационного газового датчика с массивом вертикально ориентированных УНТ на основе использования нанотехнологического комплекса НАНОФАБ НТК-9.

Научная новизна работы:

1. Установлены термодинамические закономерности процессов межфазного взаимодействия материалов в структуре каталитический центр/подслой/подложка кремния с учетом нелинейных теплофизических свойств материалов и режимов выращивания УНТ. Показана корреляция полученных результатов с экспериментальными данными для структур ТчП/Т1/81 и РеЛ^/Бь

2. Экспериментально установлены закономерности влияния режимов термообработки структуры Ni(10HM)/V(20HM)/Si(380MKM) на геометрические параметры каталитических центров никеля, с учетом технологических режимов процесса плазменного ГФХО.

3. Экспериментально установлены закономерности влияния режимов плазменного ГФХО на геометрические параметры массива углеродных нанотрубок с учетом времени роста и мощности плазмы.

Практическая значимость;

1. Определены режимы формирования каталитических центров никеля методом термообработки структуры Ni(10 hm)/V (20 нм)/ Si(380 мкм) в атмосфере NH3 и Ar. Показано, что каталитические центры диаметром (94 ± 7,6) нм и плотностью 1.9х109см'2 формируются при температуре 700-800 °С, давлении 4,5 Topp, скоростях потока Qnh3 = 15 см3/мин и Qat = 40 см3/мин.

2. Определены режимы выращивания массивов вертикально ориентированных углеродных нанотрубок на структурах Ni(10HM)/V(20HM)/Si(380 мкм), Ni(10HM)/Cr(20HM)/Si(380MKM), Ni(10HM)/Ti(l 00hm)/Si(380mkm), Ni(10HM)/Al(500HM)/Si(380MKM) методом плазменного ГФХО. Установлено, что на структуре Ni(10 hm)/V(20 hm)/Si(380 мкм) массив вертикально ориентированных УНТ диаметром 30-70 нм, высотой 5-7 мкм и плотностью 3,7x105см'2 может быть выращен при скоростях потока Qc2H2 = 70 см3/мин и Ошз = 210 см3/мин, давлении 4,5 Topp, мощности плазмы W = 2 Вт и температуре 750°С.

3. Предложена конструкция и разработан технологический маршрут изготовления чувствительного элемента ионизационного газового датчика с массивом вертикально ориентированных УНТ на основе использования нанотехнологического комплекса НАНОФАБ НТК-9 показывающего, согласно оценкам, для СН4, СО2, СО, при рабочей температуре 300 К и концентрации 0,01 моль/л коэффициент чувствительности 63, 135, 5468 соответственно, время срабатывания 0,1 сек; время восстановления 1,0 сек.

Положения, выносимые на защиту;

1. Термодинамические закономерности процессов межфазного

взаимодействия материалов в структуре каталитический центр/подслой/подложка кремния с учетом нелинейных температурных зависимостей теплофизических свойств материалов, состава газовой смеси и давления технологических газов в температурном диапазоне (0-1000) °С, которые позволили сформировать критерии выбора технологических режимов и материалов структуры для выращивания УНТ методом ГФХО.

2. Технологический маршрут формирования каталитических центров для роста УНТ из пленок никеля (10 нм) позволяющий контролировать их геометрические параметры.

3. Закономерности влияния технологических режимов метода плазменного ГФХО на геометрические параметры углеродных нанотрубок, с учетом времени роста, материала подслоя, а также влияния мощности плазмы, которые позволяют формировать массивы вертикально ориентированных УНТ с контролируемыми геометрическими параметрами.

4. Технологический маршрут изготовления чувствительного элемента ионизационного газового датчика с массивом вертикально ориентированных углеродных нанотрубок, совместимый с интегральной технологией микроэлектроники, на основе использования нанотехнологического комплекса НАНОФАБ НТК-9, показывающего согласно оценкам, для СН4, СО2, СО, при рабочей температуре 300 К и концентрации 0,01 моль/л коэффициент чувствительности 63,135, 5468 соответственно.

Реализация результатов работы:

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планом госбюджетных научно-исследовательских работ кафедры ТМ и НА и НОЦ «Нанотехнологии» в 2009-2012 гг.: «Проведение поисковых научно-исследовательских работ в области микро- и наноструктур на основе оксидных, органических и биологических материалов, разработка технологии их получения для развития перспективной сенсорики, основанной на новых физических принципах в центре коллективного пользования научным оборудованием

«Высокие технологии»» в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» (внутр. №13013); «Исследование и разработка технологических процедур для производства элементов изделий микро- и наноэлектронной техники на основе использования сверхвысоковакуумной технологической автоматизированной платформы кластерного типа» в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 20092013 годы» (внутр. №13315); «Разработка пилотного проекта технического комплекса раннего обнаружения, оповещения о пожаре и концентрации опасных, токсичных газов и вредных веществ с автоматической системой очищения воздуха в защищенном помещении образовательного (научного) учреждения» в рамках ФЦП «Пожарная безопасность помещений в России на 2010-2012 годы» (внутр. № 46100/13020).

Результаты диссертационной работы внедрены на предприятие ЗАО ОКБ «РИТМ» (г. Таганрог), в НИИ «ФОХ», в НОЦ «Нанотехнологии», а также в учебный процесс на кафедре ТМ и НА ЮФУ.

Апробация работы:

Основные научные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на различных международных и всероссийских конференциях и семинарах: The 5th Forum NANO AND GIGA CHALLENGES in Electronics, Photonics and Renewable Energy (Moscow - Zelenograd 2011; Международная научно-техническая конференция "Микроэлектроника и наноинженерия»" (г. Москва, 2008); Ежегодная научная конференция студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН (г. Ростов-на-Дону, 2010, 2011, 2012); Международная научно-техническая конференция «Микроэлектроника и наноинженерия - 2008» (г. Москва, 2008), VII 17-й Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2010» (г. Москва, 2010), Третья Всероссийская школа-семинар студентов, аспирантов и молодых ученых по направлению «Наноинженерия»,

«Наноинженерия-2010» (г. Калуга, 2010). Международная научная конференция «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии» (г. Кисловодск,

2009), международная научно-техническая конференция и молодежная школа-семинар «Нанотехнологии-2010» (пос. Дивноморское, 2010). конференция аспирантов и молодых ученых «Неделя науки» (г. Таганрог, 2008, 2009), Симпозиум «Нанотехнологии» (г. Таганрог, 2009), Всероссийская научная конференция студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления» (г. Таганрог, 2010); 56-ая научно-техническая конференция ТТИ ЮФУ (Таганрог, 2010), International Symposium on Physics and Mechanics of New Materials and Underwater Applications (Taiwan 2013).

Результаты работы отмечены дипломами ряда конференций и конкурсов научных работ: конференции Южного научного центра РАН (г. Ростов-на-Дону,

2010), IX Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления» (г. Таганрог, 2011). Является победителем молодежного научно-инновационного конкурса «У.М.Н.И.К.» (2009-2012), присужден именной грант фирмы ООО «Филип Моррис Сэйлз энд Маркетинг» за высокие результаты в науке и учебе (2012 г).

Публикации:

По теме диссертации опубликовано 29 печатных работы, из них 7 статей в журналах, входящих в Перечень ВАК. Получен патент РФ на изобретение №2431597(приоритет от 20.01.2010 г.). Структура и объем диссертации:

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы, приложений.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, приведены цель работы, основные задачи исследований, научная новизна и практическая значимость работы, а также приведены сведения об апробации работы и структуре диссертации.

В первой главе представлен обзор основных свойств углеродных нанотрубок. Рассмотрены основные методы выращивания углеродных нанотрубок, определены их достоинства и недостатки. Описаны факторы, влияющие на параметры углеродных нанотрубок, получаемых методом химического осаждения из газовой фазы инициированного плазмой. Проведен анализ материалов, применяемых в качестве каталитических центров, и рассмотрен механизм роста углеродных нанотрубок. Также проведен обзор основных областей применения массивов углеродных нанотрубок: чувствительные элементы ионизационных и сорбционных сенсоров газа; автоэмиссионные катоды в дисплеях, люминесцентные элементы, источники рентгеновского излучения. Выявлены основные требования к УНТ и проблемы, возникающие при выращивании и использовании массивов углеродных нанотрубок в указанных областях:

- недостаточная изученность процессов фазообразования в структурах каталитический центр/подслой/подложка кремния;

- необходимость получения ориентированных массивов УНТ с контролируемыми параметрами (высота, диаметр);

- необходимость выращивания массивов УНТ на контактах;

Сделан вывод о необходимости проведения исследований влияния основных технологических параметров метода плазменного ГФХО на параметры и свойства сформированных каталитических центров и выращенных на них массивах УНТ.

Результаты обзора определили цель и постановку задач работы.

Во второй главе представлены результаты теоретических расчетов термодинамических закономерности процессов межфазного взаимодействия в системах никель/титан/кремний и железо/вольфрам/кремний на основании расчета температурных зависимостей изменения энергии Гиббса. Исследованы термодинамические закономерности процессов взаимодействия в структуре между материалами, а также между их соединениями и газообразными компонентами процесса, реализуемых в модуле выращивания УНТ. По

результатам проведенного термодинамического анализа сформулированы критерии, предъявляемые к материалам структуры для обеспечения роста УНТ методом ГФХО.

Для решения проблемы формирования каталитических центров на подложке были проведены теоретические оценки влияния режимов получения на размеры и плотность каталитических центров, формируемых методом конденсации из атомарных потоков, с учетом потока испаряемого вещества и угла смачивания. Также проведен расчет критического давления ацетилена, необходимого для формирования нанотрубок заданного размера на никелевых каталитических центрах методом ГФХО.

Полученные во второй главе результаты были использованы при разработке методик проведения экспериментальных исследований режимов формирования каталитических центров и роста углеродных нанотрубок.

В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований режимов формирования каталитических центров из сплошных пленок металлов. Выявлено влияние температуры нагрева на геометрические параметры каталитических центров на стадии нагрева. Также выявлено влияние времени активации и давления газовой смеси на геометрические параметры каталитических центров на стадии активации. Представлены результаты экспериментальных исследований режимов выращивания массивов вертикально ориентированных УНТ Выявлено влияние давления газовой смеси на рост УНТ, которое коррелирует с теоретическими оценками. Также выявлено влияние материала подслоя, мощности плазмы и времени роста на геометрические параметры УНТ. Экспериментально определены скорости роста УНТ на структурах различного состава, которые коррелируют с теоретическими оценками. Разработан технологический маршрут и лабораторно-технологическая инструкция по выращиванию упорядоченного массива углеродных нанотрубок на модуле плазменного ГФХО нанотехнологического комплекса НАНОФАБ НТК-9.

В четвертой главе представлены результаты изготовления и экспериментального исследования макета чувствительного элемента

ионизационного газового датчика. Предложена конструкция и разработан технологический маршрут изготовления чувствительного элемента ионизационного газового датчика с массивом вертикально ориентированных УНТ на основе нанотехнологического комплекса НАНОФАБ НТК-9.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы.

Содержание диссертации изложено на 145 страницах, включающих в себя: 80 страниц с рисунками; 15 страниц с таблицами; список использованных источников, включающий 142 наименования. В приложениях содержатся фазовые диаграммы взаимодействия компонент, лабораторно - технологические инструкции разработанных технологических маршрутов и акты внедрения результатов исследований диссертационной работы.

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

1.1 Основные направления применения массивов углеродных нанотрубок в электронике и микроэлектронной сенсорики

Углеродные нанотрубки - это высокотехнологичный материал, обладающий широким спектром свойств, который открывает большое количество применений в различных областях электроники (рисунок 1.1) [1].

к

ч

о он в

о и

й у

о

в

ч. о X «5 О О)

к

И н д и в иду ал ь н о е использование

Транзисторы и электрические проводники

Газовые и био сенсоры

В плоских устройствах

Межсоединения в СБИС

г Ма ссо вое

№* льз о ванне

Дисплеи о ЛЭ на основе эффекта полевой эмиссии

Прозрачный электрод/ | онкоплёночный транзистор

Электрод конденсатора

Наполнитель в композитах

Низкая стоимость —....... 1 • ,

Массовое производство

Оценочная стоимость производства

Рисунок 1.1 — Применения УНТ в электронике

В каждой области применения к свойствам, геометрическим параметрам и методам получения УНТ предъявляются различные требования. В частности при индивидуальном использовании (транзисторы межсоединения, газовые и био сенсоры на основе одиночных УНТ) необходим точный контроль позиционирования и электрических свойств каждой нанотрубки. При массовом использовании УНТ используются такие качества трубок, как высокая удельная поверхность, прочность на разрыв и другие. Сочетание высокой удельной поверхности с металлической проводимостью дает возможность применять УНТ

в качестве электродов конденсатора [2]. Также одним их перспективных направлений является использование УНТ в качестве наполнителей в композитных материалах [3]. Наибольший интерес представляет собой групповое использование УНТ, включая использование массивов УНТ. Массивы УНТ сочетают в себе достоинства как массового использования, например: относительная дешевизна, большие объемы производства; так и индивидуального, например: высокое качество получаемых структур, возможность получения УТН в массиве с минимальными разбросами по параметрам и позиционированием массива. Ориентированные массивы УНТ применяются в дисплеях на основе полевой эмиссии, что позволяет значительно снизить энергопотребление и увеличить долговечность этих приборов, в рентгеновских трубках, гибких печатных прозрачных электродах, люминесцентных элементах и солнечных батареях.

Несмотря на широкий потенциал реализации массивов УНТ, их практическое применение ограничено отсутствием научно обоснованных технологических маршрутов получения с позиционированием на подложке и методики контроля геометрических, электрических и механических параметров УНТ.

1.1.1 Чувствительные элементы сорбционных газовых датчиков на основе

УНТ

Высокая чувствительность электронных свойств к присутствию сорбированных на поверхности молекул, а также относительно большая величина удельной поверхности, способствующая сорбции, делают углеродные нанотрубки перспективным материалом для создания чувствительных элементов датчиков, определяющих содержание газовых примесей в атмосфере. Исследования фундаментальных свойств показывают, что углеродные нанотрубки за счет адсорбции могут поглощать молекулы газа даже при температурах около 80 К.

Типичная конструкция и макет сорбционного газового датчика на основе УНТ показаны на рисунке 1.2 [4].

Рисунок 1.2 - Газовый датчик сорбционного типа с чувствительным элементом из массива УНТ: а) схема устройства б) макет

Принцип работы такого датчика заключается в изменении удельной электропроводимости УНТ при хемосорбции молекул газа на её поверхность. В работе [5] испытывали подобный датчик на чувствительность к водороду (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 - Зависимость проводимости сорбционного датчика на основе УНТ от времени, при периодической подаче водорода

Изменение проводимости в два раза происходило в течении 5-10 секунд, время полной регенерации составляло около 400 с (рисунок 1.3).

Также датчики подобного типа проверялись на чувствительность к газам СН4 и СО2 [6]. Для обоих газов, датчики показывали реакцию около 30 с, при температуре измерения 25 ° С (рисунок 1.4) [6].

я

ню т ко юз юга им ми 1юз Время, сек

м ео ей ко ю» 1хо 1*0 16» Время, сек

а)

б)

Рисунок 1.4 - Изменение сопротивления сорбционного датчика на основе

УНТ при подаче газов: а) СО2 б) СН4

В случае с СО2, датчик так и не был до конца восстановлен. Это происходит вследствие высокой энергии адсорбции молекула СО2 к углеродным нанотрубкам, и, как следствие, неполной десорбции СО2 в наблюдаемый промежуток времени [7]. При осаждении молекул СН4 и СОг (газы-восстановители) на УНТ происходит перенос заряда в нанотрубку, вызывающий увеличение электрического сопротивления [8].

Проводимость УНТ также чувствительна к изменениям внешних условий (влажность, температура, скорость потока газов), к тому же хемосорбция может привести к необратимым изменениям в проводимости УНТ.

Таким образом, газовые датчики на УНТ сорбционного типа, основанные на изменении проводимости углеродных нанотрубок, имеют высокую чувствительность, но область их применения существенно ограничена тремя факторами: 1) неспособность идентифицировать газы с низкими энергиями адсорбции; 2) необходимость регенерации чувствительных элементов датчиков сорбционного типа за счет нагрева до высоких температур в течение длительного промежутка времени 3-10 минут; 3) относительно долгое время срабатывания 510 секунд.

Эти недостатки можно отнести и к датчикам сорбционного типа с чувствительными элементами из других материалов [9-11].

1.1.2 Чувствительные элементы ионизационных газовых датчиков на основе

УНТ

Существуют различные конструкции ионизационных газовых датчиков, работа которых основана на наличии у каждого газа фиксированного значения напряжения пробоя, связанного с концентрацией газа (давлением) законом Пашена:

Врс1

Vb =

(1.1)

In (Apd/ln (1+1/у))'

где Vb - напряжение пробоя; р - давление; d - зазор между электродами; у -коэффициент Таунсенда (вторичной ионизации); А, В - константы.

На рисунке 1.5 показаны теоретические и экспериментальные зависимости напряжения пробоя от зазора между электродами для аргона (1.5, а) и воздуха (1.5, б) [12-13], измеренные при 760 Topp [14-15].

Я

sf

Я °-1

0.01

1-

9

s

5 10 15

Зазор между электродами, 10^ м

0.01

0 5 "¡о" 15

Зазор между электродами, 10 6 м

—I—

20

—I—

25

—I—

30

а б

Рисунок 1.5 Теоретические и экспериментальные зависимости напряжения пробоя от зазора между электродами для: а) аргона; б) воздуха Из (1.1) представленных зависимостей видно, что изменяя зазор между электродами можно изменять напряжение пробоя в определенном газе.

Особенностью работы чувствительных элементов ионизационных газовых датчиков с углеродными нанотрубками является формирование высокой напряженности электрического поля у вершин УНТ и реализация условия мягкого газового пробоя с формированием коронного разряда. При этом происходит увеличение ионного тока между электродами.

Основные преимущества такого ионизационного датчика:

- напряжение пробоя у каждого газа является постоянной величиной при постоянной температуре и давлении, что позволяет производить идентификацию газов в смеси;

- ток разряда зависит от концентрации газа, что обеспечивает высокую чувствительность прибора;

- малые времена срабатывания и восстановления, которые не зависят от адсорбционных/десорбционных явлений, что обеспечивает высокое быстродействие.

В работе [16] изготовлен прибор с чувствительным элементом на основе алмазоподобных пленок, который может использоваться в качестве ионизационного газового датчика. Однако такой прибор является нестабильным, и полученные при измерениях характеристики разнятся с течением времени.

В работе [17] был изготовлен ионизационный датчик в планарном исполнении, в котором было реализовано 10 промежутков катод-анод (рисунок 1.6), толщина каждой никелевой дорожки составляла 10 мкм, а расстояние между электродами 2-10 мкм, общая площадь устройства 9x9 мм. Слой УНТ был нанесен методом электрофореза [17], толщина такого слоя составила 0,3 мкм. Поверх массива УНТ, методом магнетронного распыления, наносилась пленка диэлектрика ТЮг 80 ± 20 нм.

Рисунок 1.6 - схематическое изображение планарного ионизационного датчика Экспериментальные исследования датчика на чувствительность к различным газам проводились в вакуумной камере при температуре 280-300 К. На рисунке 1.7 показаны вольт-амперные характеристики для различных газов [17].

Напряжение. В

Рисунок 1.7 - Вольт-амперные характеристики для различных газов планарного

ионизационного сенсора.

Анализ показывает высокую селективность датчика.

На рисунке 1.8 показана схема устройства ионизационного датчика на основе массива вертикально ориентированных углеродных нанотрубок [18]. Анодом служит массив вертикально ориентированных УНТ, катод представляет собой плоский А1 электрод. Слой МУНТ (рисунок 1.8, в), был выращен методом ГФХО на подложке 8Ю2, диаметр нанотрубок ~ (25-30) нм, длина ~ 30 мкм, расстояние между нанотрубками ~50 нм, размеры чувствительного элемента (12 х 12) мм, зазор между вершинами УНТ и верхним электродом - 150 мкм [18].

«шм

<25—

\

тыяяшшй и юяятор

МУНТСукм)

Рисунок 1.8 -Чувствительный элемент ионизационного газового датчика на основе УНТ: а) общий вид; б) схема включения; в) РЭМ изображение

массива УНТ

Экспериментальные исследования на воздухе показали, что при напряжении пробоя в 346 В ток составляет 460 мкА (рисунок 1.9), для случая с плоскими металлическими электродами (без УНТ) напряжение пробоя составило 960 В при токе 69 мкА [18]. Таким образом, при использовании массива УНТ в качестве анода, напряжение пробоя на воздухе уменьшается почти на 65 %, а ток увеличивается в 6 раз [18]. Структура с анодом из массива УНТ использовалась для обнаружения газов - гелия, аргона, азота, кислорода, углекислого газа, аммиака и воздуха. Перед проведением эксперимента в камере создавался вакуум Ю-4 Topp [18].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Климин, Виктор Сергеевич, 2013 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Дьячков П.Н. Углеродные нанотрубки. Материалы для компьютеров XXI века/ П.Н. Дьячков // Природа. - 2000. - №11. - С. 23-30.

2. Елецкий А.В. Углеродные нанотрубки / А.В.Елецкий // Успехи физических наук. - 1997. - Том 167, №9. - С. 945 - 952.

3. Бобринецкий И.И. Методы параллельной интеграции углеродных нанотрубок при формировании функциональных устройств микроэлектроники и сенсорной техники / Бобринецкий И.И. // Микроэлектроника. - 2009. - Том 38, № 5. - С. 353-360.

4. Н. R. Shea Manipulation of Carbon Nanotubes and Properties of Nanotube Field-Effect Transistors and Rings / Shea H. R. // Microelectronic Engineering. - 1999. -Vol. 46.-P. 101-104.

5. Kumar M., Ando Y. A simple method of producing aligned carbon nanotubes from an unconventional precursor - Camphor / Kumar M., Ando Y. // Chemical Physics Letters. - 2003. - Vol. 374. - P. 521 - 526.

6. M. Dragoman Nanotechnology. Global Strategies, Industry Trends and Applications / Dragoman M. // J. Appl. Phys.- 2005. - 101 106103. - P. 21 - 26.

7. J. Li, Y. Lu, Q. Ye, M. Cinke, J. Han, M. Meyyappan Carbon nanotube sensors for gas and organic vapor detection / J. Li, Y. Lu, Q. Ye, M. Cinke, J. Han, M. Meyyappan // Nano Letters. - 2003. - Vol. 3. - P. 929-933.

8. Kong, J., N.R. Franklin, C. Zhou, M.G. Chapline, S. Peng, K. Cho and H. Dai Nanotube molecular wires as chemical sensors / Kong, J., N.R. Franklin, C. Zhou, M.G. Chapline, S. Peng, K. Cho and H. Dai // Science. - 2000, - Vol. 287. - P. 622625.

9. Анодный оксид меди (1) как материал для сенсоров газов / Милешко Л.П., Светличная Л.А., Королев А.Н. // Известия ЮФУ. Технические науки. -2010.-№2.-С. 122.

10. Simon Isolde, Barsan Nicolae, Bauer Michael, Weimar Udo Micromachined metal oxide gas sensors: opportunities to improve sensorperformance /

Simon Isolde, Barsan Nicolae, Bauer Michael, Weimar Udo // Sensor and Actuators B:Chemical.-2001.-vol. 73, № l.-P. 126.

11. Hae-Won Cheong and Man-Jong Lee Sensing characteristics and surface reaction mechanism of alcohol sensors based on doped SnC / Hae-Won Cheong, Man-Jong Lee // Journal of Ceramic Processing Research. - 2006. - vol. 7, №. 3. - P. 183191.

12. D. B. Go, T. S. Fisher, S. V. Garimella, V. Bahadur Planar microscale ionization devices in atmospheric air with diamond-based electrodes/ D. B. Go, T. S. Fisher, S. V. Garimella, V. Bahadur // Plasma Sources Sci. Technol. - 2009. - №18. - P. 10.

13. A. R. Boccaccini, J. Cho, J. A. Roether, B. J. C. Thomas, E. J. Minay, and M. S. P. Shaffer Electrophoretic deposition of carbon nanotubes / A. R. Boccaccini, J. Cho, J. A. Roether, B. J. C. Thomas, E. J. Minay, and M. S. P. Shaffer // Carbon. -2006. - vol. 44. - P. 3149-3160.

14. Radmilovic-Radjenovic M., Lee J. K., Iza F. and Park G. Y., J. Phys. D: Appl. Phys., 38 (2005) 950

15. M. Radmilovic-Radjenovic, J.K. Lee, F. Iza and G.Y.Park Particle-in-cell simulation of gas breakdown in microgaps / M. Radmilovic-Radjenovic, J.K. Lee, F. Iza and G.Y.Park // J. Phys. D:Appl. Phys. - 2005. - № 38. - P. 950-954.

16. Ito T., Izaki T. and Terashima K. Thin Solid Films / Ito T., Izaki T. and Terashima K. Thin Solid Films // Application of Microscale Plasma to Material Processing. - 2001. - № 386. - P. 300-304.

17. Dhariwal R. S., Torres J. M. and Desmulliez M. P. Y. Particle-in-cell simulation of gas breakdown in microgaps / Dhariwal R. S., Torres J. M. and Desmulliez M. P. Y. // J. Phys. D: Appl. Phys. - 2005. - № 38. - P. 950-954.

18. Lee R. T. Arc erosion behaviour of silver electric contacts in a single arc discharge across a static gap / Lee R. T. // IEE Proc. Sci. Meas. Technol. - 2001. - № 148. P. 8-12.

19. Salvetat J.-P., Bonard J.-M. Mechanical properties of carbon nanotubes / Salvetat J.-P., Bonard J.-M. // Appl. Phys. - 1999. - № A-69. - P. 255-260.

20. Dresselhaus M.S., Dresselhaus G., Avouris Ph. Carbon nanotubes / Dresselhaus M.S., Dresselhaus G., Avouris Ph. // Springer-Verlag: Berlin. - 2002. - P. 463.

21. Brintlinger Т., Fahrer M. Nanotubes are high mobility semiconductors / Brintlinger Т., Fahrer M. // Phys.Rev.Lett. - 2000. - № 84. - P. 6082-6085.

22. Foster A., Lentinen P. Structure and magnetic properties of adatomas on carbon nanotubes / Foster A., Lentinen P.// Phys.Rev.Lett. - 2004. P. 69.

23. J. M. Meek, J. D. Craggs Electrical Breakdown in Gases / J. M. Meek, J. D. Craggs // Wiley Series in Plasma Physics. - 1978. - № 3. - P. 209.

24. Zaric S., Shaver J. Estimation of magnetic susceptibility anisotropy of carbon nanotubes using magnetophotoluminescence / Zaric S., Shaver J. //Nano Lett. -2004. - vol. 4,№ 11. - P. 2219-2221.

25. Shengbing Cai, Yong Zhang, Zhemin Duan Fabrication of gas sensor based on field ionization from SWCNTs with tripolar microelectrode / Shengbing Cai, Yong Zhang, Zhemin Duan // J. Micromech. Microeng. - 2012. - № 22. - P. 6.

26. Zhao J., Xie Rui-Hua Electronic and photonic properties of doped carbon nanotubes / Zhao J., Xie Rui-Hua //Nanoscience and nanotechnology. - 2003. - vol. 3. -P. 459-478.

27. Guo T, Nikolaev P, Rinzler D, Tomanek D.T, Colbert D.T, Smalley R. Self-Assembly of Tubular Fullerenes / Guo T, Nikolaev P, Rinzler D, Tomanek D.T, Colbert D.T, Smalley R. // J. Phys. Chem. - 1995. - № 99: - P. 94-106.

28. V. Ivanov Catalytic production and purification of nanotubules having fullerene-scale diameters / V. Ivanov // Carbon. - 1995. - № 33. - P. 1727-1738.

29. Елецкий A.B., Смирнов Б.М. Фуллерены / Елецкий А.В., Смирнов Б.М. // Успехи физических наук. - 1995. - №4. - С. 47-68.

30. Guo Т. Self-Assembly of Tubular Fullerenes / Guo T. // Elsevier: Chemical Physics Letters. - 1995. - № 99. - P. 10694-10697.

31. J. Guo, S. Goasguen, M. Lundstrom, and S. Datta. Metal-insulator-semiconductor electrostatics of carbon nanotubes / J. Guo, S. Goasguen, M. Lundstrom, S. Datta // Applied Physics Letters. - 2002. - № 81(8). - P. 1486-1488.

32. Елецкий А.В. Углеродные нанотрубки / А.В.Елецкий // Успехи физических наук. - 1997. - Том 167, №9. - С. 963 - 972.

33. Kraetschmer W. Mechanical properties of carbon nanotubes / Kraetschmer W. // Nature. - 1997. - Vol. 388. - P. 756-758.

34. Maruyama Sh., Einarsson E., Murakami Y., Edamura T. Growth process of vertically aligned single-walled carbon nanotubes / Maruyama Sh., Einarsson E., Murakami Y., Edamura T. // Elsevier: Chemical Physics Letters. - 2005. - Vol. 403. -P. 320-323.

35. Тео B.K., Singh C., Chhowalla M., Milne W.I. Catalytic synthesis of carbon nanotubes and nanofibers / Тео B.K., Singh C., Chhowalla M., Milne W.I. // Encyclopedia of Nanoscience andNanotechnology. -2003. - Vol. 10.-P. 1-22.

36. Bell M.S. Carbon nanotubes by plasma-enhanced chemical vapor deposition / Bell M.S. // Pure Appl. Chem. - 2006. - Vol. 78, №. 6. - P.l 117-1125.

37. Chhowalla M. Growth process conditions of vertically aligned carbon nanotubes using plasma enhanced chemical vapor deposition / Chhowalla M. // J. Appl. Phis. - 2001. - Vol. 90, № 10. - P. 5308-5317.

38. Melechko A.V., Merkulov V.I., McKnight Т.Е., M.A. Guillorn, K.L. Klein, D.H. Lowndes, Simpson M.L. Vertically aligned carbon nanofibers and related structures: Controlled synthesis and directed assembly / Melechko A.V., Merkulov V.I., McKnight Т.Е., M.A. Guillorn, K.L. Klein, D.H. Lowndes, Simpson M.L. // J. Appl. Phys. -2005. - Vol. 97. - P. 041301-1-041301-39.

39. M S Bell, B.K.Teo, W. I. Milne Factors determining properties of multi-walled carbon nanotubes/fibres deposited by PECVD /MS Bell, B.K.Teo, W. I. Milne // J. Phys. D: Appl. Phys. - 2007. - vol.40. - P. 2285-2292.

40. B. Zheng, C. Lu, G. Gu, A. Makarovski, G. Finkelstein, and J. Liu Efficient CVD growth of single-walled carbon nanotubes on surfaces using carbon monoxide precursor / B. Zheng, C. Lu, G. Gu, A. Makarovski, G. Finkelstein, and J. Liu // Nano Letters. - 2002. - № 2(8). - P. 895-898.

41. Deck C.P. Vecchio K. Growth mechanism of vapor phase CVD / Deck C.P. // Carbon. - 2005. - Vol. 43, № 12. - P. 2608-2617.

42. В.К. Тео, S.-B. Lee, М. Chhowalla Plasma enhanced chemical vapour deposition carbon nanotubes/nanofibers- how uniform do they grow? / B.K. Teo, S.-B. Lee, M. Chhowalla //Nanotechnology. - 2003. - vol.14 - P. 204.

43. Елецкий A.B. Углеродные трубки и их эмиссионные свойства / Елецкий А.В. // Успехи физических наук. - 2002. - Том 172,№4. - С. 45-55.

44. Н.Айнспрук, Д.Браун. Плазменная технология в производстве СБИС / Н.Айнспрук, Д.Браун. // Мир. - 1987. - С. 463.

45. Fusheng Xu, Xiaofei Liu, Stephen D. Tse Synthesis of carbon nanotubes on metal alloy substrates with voltage bias in methane inverse diffusion flames / Fusheng Xu, Xiaofei Liu, Stephen D. Tse // Carbon. - 2006. - vol.44. - P. 570-577.

46. J. Kong, H. T. Soh, A. M. Cassell, C. F. Quate, and H. Dai Synthesis of individual single-walled carbon nanotubes on patterned silicon wafers / J. Kong, H. T. Soh, A. M. Cassell, C. F. Quate, and H. Dai // Nature. - 1998. - № 395(6705). - P. 878881.

47. I. W. Chiang, В. E. Brinson, A. Y. Huang, P. A. Willis, M. J. Bronikowski, J. L. Margrave, R. E. Smalley, and R. H. Hauge Purification and characterization of single-wall carbon nanotubes (SWNTs) obtained from the gas-phase decomposition of со (HiPCO process) /1. W. Chiang, В. E. Brinson, A. Y. Huang, P. A. Willis, M. J. Bronikowski, J. L. Margrave, R. E. Smalley, and R. H. Hauge // Journal of Physical Chemistry. - 2001. - № 105(35). - P. 8297-8301.

48. Niels de Jonge, Jean-Marc Bonard Carbon nanotube electron sources and applications / Niels de Jonge, Jean-Marc Bonard // Phil. Trans. R. Soc. Lond. - 2002. -№4.-P. 45-48.

49. W. I. Milne Carbon nanotubes as field emission sources / W. I. Milne // J Mater. - 2004. - №14. - P. 74-78.

50. Modi A., Karatkar N. Miniaturized gas ionization sensors using carbon nanotubes / Modi A., Karatkar N. //Lett, to nature. - 2003. - v.4. - P. 24.

51. A. M. Cassell, Q. Ye, B. A. Cruden, J. Li, P. C. Sarrazin, H. T. Ng, J. Han, and M. Meyyappan Combinatorial Chips For Optimizing The Growth and Integration of Carbon Nanofiber Based Devices / A. M. Cassell, Q. Ye, B. A. Cruden, J. Li, P. C.

Sarrazin, H. Т. Ng, J. Han, and M. Meyyappan // Nanotechnology. - 2004. - № 15. - P. 9-15.

52. Seongjeen Kim CNT Sensors for Detecting Gases with Low Adsorption Energy by Ionization / Seongjeen Kim // Sensors. - 2006. - № 6. - P. 503 - 513.

53. Сигов A.C. Сегиетоэлектрические тонкие пленки в микроэлектронике. Соросовский образовательный журнал, 1996, №10, с. 85-91

54. Жерихин А.Н., Худобенко А.И., Вилльямс Р.Т. Лазерное напыление пленок ZnO на кремниевые и сапфировые подложки / Жерихин А.Н., Худобенко А.И., Вилльямс Р.Т. // Квантовая электроника. - 2003. - Том 33, №11. - С. 975.

55. Yudasaka, М. Specific conditions for Ni catalyzed carbon nanotube growth by chemical vapor deposition / M. Yudasaka et al. // Applied Physics Letters. - 1995. -Vol. 67.-P. 2477-2479.

56. P. R. Couchman and W. A. Jesser. Thermodynamic theory of size dependence of melting temperature in metals / P. R. Couchman, W. A. Jesser. // Nature. -1977.-№269.-P. 481-483.

57. J. H. Hafner, M. J. Bronikowski, B. R. Azamian, P. Nikolaev, A. G. Rinzler, D. T. Colbert, K. A. Smith, and R. E. Smalley Catalytic growth of single- wall carbon nanotubes from metal particles / J. H. Hafner, M. J. Bronikowski, B. R. Azamian, P. Nikolaev, A. G. Rinzler, D. T. Colbert, K. A. Smith, and R. E. Smalley // Chemical Physics Letters. - 1998. - № 296. - P. 195-202.

58. Chen, G., Zhang, H. Ye Determination of rutin and quercetin in plants by capillary electrophoresis with electrochemical detection / Chen, G., Zhang, H. Ye, J. // Analytica Chimica. - 2000. № 423. - P. 69-76.

59. Chen, P., Zhang, H. B. and Lin, G. D. Growth of carbon nanotubes by catalytic decomposition of CH4 or CO on a NiMgO catalyst / Chen, P., Zhang, H. B. and Lin, G. D. // Carbon. - 1997. - № 35. - P 1495-1501.

60. Qin L. C., Iijima S. Helical microtubules of graphitic carbon/ Qin L. C., Iijima S.// Materials Lett. - 1997. - Vol. 30. - P. 311-314.

61. Yang R. Т., Chen J. P. Mechanism of the effect of NiCo, Ni and Co catalysts / Yang R. Т., Chen J. P. // J. of Catalysis. - 1989. - Vol. 115, No. 1. - P. 52-64.

62. Chen, H.M. Bulk morphology and diameter distribution of single-walled carbon nanotubes synthesized by catalytic decomposition of hydrocarbons / H.M. Chen // Chemical Physics Letters. - 1998. - Vol. 289. - P. 602 - 610.

63. Colomer, J.-F., Stephan, C. , Lefrant, S. Large-scale synthesis of singlewall carbon nanotubes by catalytic chemical vapor deposition (CCVD) method / Colomer, J.-F., Stephan, C., Lefrant, S. //. Chemical Physics Letters. - 2000. - № 317. -P. 83-89.

64. Su M., Zheng В., Liu J. A scalable CVD method for the synthesis / Su M., Zheng В., Liu J.// Elsevier: Chemical Physics Letters. - 2000. - Vol. 322. - P. 321-326.

65. Harutyunyan A. R., Pradhan В. K., Kirn U. J. СО-free hydrogen from decomposition of methane / Harutyunyan A. R., Pradhan В. K., Kirn U. J. // Nanoletters. - 2002. - Vol. 2, No. 5. - P. 525-530.

66. Liu В. C., Tang S. H., Yu Z. L. Carbon deposition and reaction steps in C02/CH4 reforming over Ni-La203/5A catalyst/ Liu В. C., Tang S. H., Yu Z. L. // Elsevier: Chemical Physics Letters. - 2002. - Vol. 357. - P. 297-300.

67. A. V. Okotrub, A. G. Kurenya, A. V. Gusel'nikov, A. G. Kudashov The field emission properties of carbon nanotubes and SiC whiskers synthesized over Ni particles deposited in ion tracks in Si02 / A. V. Okotrub, A. G. Kurenya, A. V. Gusel'nikov, A. G. Kudashov // Nanotechnologies in Russia. - 2009. - Vol. - № 4. - P. 627-633.

68. Тарасов Б. П., Мурадян В. Е., Шульга Ю. М. Углеродные наноструктуры в среде аммиака / Тарасов Б. П., Мурадян В. Е., Шульга Ю. М. // Альтернативная энергетика и экология. - 2002. - №6. - С. 4-11.

69. Krishnankutty N., Rodriguez N. М., Baker R. Т. К. Fe-catalyzed carbon nanotube formation / Krishnankutty N., Rodriguez N. M., Baker R. Т. K.// J. of Catalysis. - 1996. - Vol. 158, No. 1. - P. 217-227.

70. H Hafner J. H., Bronikowski M. J., Azamian B. R. Diameter control of single-walled carbon nanotubes using argon-helium mixture gases / H Hafher J. H., Bronikowski M. J., Azamian B. R. // J. of Phys. Chem. Lett. - 2001. - Vol. 115. - P. 5267.

71. Hernadi K., Fonseca A., Nagy J. B. Catalytic synthesis and purification of carbon nanotubes/Hernadi K., Fonseca A., Nagy J. B.// Carbon. - 1996. - Vol. 34, No. 10.-P. 31-34.

72. Nagy J. B., Lambin P. Atomic structure and electronic properties of a bent carbon nanotube / Nagy J. B., Lambin P. // Elsevier: Chemical Physics Letters.- 1994. -Vol. 223, No. 4. - P. 329-335.

73. Jose-Yacaman M., Miki-Yoshida M., Rendon L., Santiesteban J. G. A method for synthesizing large quantities of carbon nanotubes and encapsulated copper nanowires / Jose-Yacaman M., Miki-Yoshida M., Rendon L., Santiesteban J. G. // Appl. Phys. Lett.- 1993. - Vol. 62, No. 6. - P. 657-659.

74. Ivanov V., Fonseca A., Nagy J.B. Model structure of perfectly graphitizable coiled carbon nanotubes / Ivanov V., Fonseca A., Nagy J.B. // Carbon. -1995. - Vol. 33, No. 12. - P. 1727-1738.

75. Walker Jr. P. L., Rakszawski J. F., Imperial G. R. Carbon formation from carbon monoxide-hydrogen mixtures over iron catalysts / Walker Jr. P. L., Rakszawski J. F., Imperial G. R.//J. of Phys. Chem. - 1959. - Vol. 63,No. 2. - P. 133-140.

76. Sen R., Govindaraj A., Rao C. N. R. Fullerenes, nanotubes, onions and related carbon structures / Sen R., Govindaraj A., Rao C. N. R. // Elsevier: Chemical Physics Letters. - 1997. - Vol. 267. - P. 276-280.

77. Endo M., Takeuchi K., Kobori K. Nucleation and growth of well-aligned, uniform-sized carbon nanotubes by microwave plasma chemical vapor depositon / Endo M., Takeuchi K., Kobori K. // Carbon. - 1995. - Vol. 33, No. 7. - P. 873-881.

78. Cao A., Zhang X., Xu C. A two dimensional electrophoretic analysis of proteins associated with photoperiod sensitive male sterility in rice / Cao A., Zhang X., Xu C. // Appl. Phys. Lett. - 2001. - Vol. 79, No. 9. - P. 1252-1254.

79. Yudasaka M., Kikuchi R., Matsui T. Particle size dependence and model for iron-catalyzed growth of carbon nanotubes by thermal chemical vapor deposition / Yudasaka M., Kikuchi R, Matsui T. // Appl. Phys. Lett. - 1995. - Vol. 67, No. 17. - P. 2477-2479.

■<<1 "S

80. Terrones M., Grobert N., Olivares J. Graphite structures for the future / Terrones M., Grobert N., Olivares J. // Nature. - 1997. - Vol. 388, No. 6637. - P. 52-55.

81. Jose-Yacaman M., Terrones H., Rendon L. Catalytic growth of carbon microtubules with fullerene structure / Jose-Yacaman M., Terrones H., Rendon L. // Carbon. - 1995. - Vol. 33, No. 5. - P. 669-678.

82. Kukovitskii, E.F.& Chernozatonskii, L.A.& L'Vov, S.G.& Mel'nik, N.N. Carbon nanotubes of polyethylene / Kukovitskii, E.F.& Chernozatonskii, L.A.& L'Vov, S.G.& Mel'nik, N.N. // Chem. Phys. Lett. - 1997. - vol. 266 - P. 323-328.

83. P.E. Nolan, M.J. Schabel, D.C. Lynch, A.H. Cutler Hydrogen control of carbon deposit morphology / P.E. Nolan, M.J. Schabel, D.C. Lynch, A.H. Cutler // Carbon. -1995. - Vol. 33, № 1. - P. 79 - 85.

84. Nikolaev P. Gas-phase catalytic growth of SWCNT from carbon monoxide / P. Nikolaev, M.J. Bronikowski, R.K. Bradley et al. // Chemical Physics Letters. -1999.-Vol. 313.-P. 91-97.

85. Somenath Roy, Harindra Vedala and Wonbong Choi Vertically aligned carbon nanotube probes for monitoring blood cholesterol / Somenath Roy, Harindra Vedala and Wonbong Choi // Nanotechnology. - 2006. - vol.17. - P. 14-18.

86. A. Javey, J. Guo, D. B. Farmer, Q. Wang, D. Wang, R. G. Gordon, M. Lundstrom, and H. Dai. Carbon nanotube field-effect transistors with integrated ohmic contacts and high gate dielectrics. / A. Javey, J. Guo, D. B. Farmer, Q. Wang, D. Wang, R. G. Gordon, M. Lundstrom, H. Dai // Nano Letters ASAP. - 2004. - online publication.

87. D. V. Averin and K. K. Likharev Single electronics: Correlated transfer of single electrons and cooper pairs in systems of small tunnel junctions / D. V. Averin and K. K. Likharev // Mesoscopic Phenomena in Solids. Elsevier. - 1991. - P. 173-271.

88. Yudasaka. M. Nitrogen-containing carbon nanotube growth from Ni phthalocyanine by chemical vapor deposition / M. Yudasaka et al. // Carbon. - 1997. -Vol. 35.-P. 195-201.

89. Радушкевич JI. В., Лукьянович В. М. О структуре углерода, ... разложении окиси углерода на железном контакте / Радушкевич Л. В., Лукьянович В. М. //ЖФХ. - 1952. - Том 26, № 1. - С. 88-95.

90. Benito A.M., Maniete Y., Munoz E., Martinez M.T. Carbon nanotubes production by catalytic pyrolysis of benzene / Benito A.M., Maniete Y., Munoz E., Martinez M.T. // Carbon. - 1998. - № 36. - P. 681 -683.

91. Fonseca A. Synthesis of single- and multi-wall carbon nanotubes over supported catalysts / A. Fonseca et al. // Applied Physics A: Materials Science & Processing. - 1998. - Vol. 72. -1. 7. - P. 75 - 78.

92. Qin L.C. Growing carbon nanotubes by microwave plasma-enhanced chemical vapor deposition / L.C. Qin et al. // Applied Physics Letters. - 1998. - Vol. 72. -P. 3437-3439.

93. Ahlskog, M. Ring formation from catalytically synthesized carbon nanotubes / M. Ahlskog, E. Seynaeve, R.J. M. Vullers et al. // Chemical Physics Letters. - 1999. - Vol. 300. - P. 202 - 206.

94. Mukhopadhyay K. Control of diameter distribution of single-walled carbon nanotubes using the zeolite-CVD method at atmospheric pressure / K. Muk-hopadhyay, A. Koshio, T. Sugai et al. // Chemical Physics Letters. - 1999. - Vol. 303. - P. 117 -124.

95. Jung, M. Nanoscale manipulation of tetrahedral amorphous carbon films / M. Jung, K.Y. Eun, Y.-J. Baik et al. // Thin Solid Films. - 2001. - Vol. 398-399. - P. 150-155.

96. Su, M. A growth mark method for studying growth mechanism of carbon nanotube arrays / M. Su, B. Zheng, J. Liu // Chemical Physics Letters. - 2000. - Vol. 322.-P. 321-326.

97. Likholobov V.A., Fenelonov V.B., Okkel L.G. et al. New Carbon-Carbonaceous Composites for Catalysis and Adsorption // React. Kinet. Catal. Lett. 1995. Vol. 54, №2. P. 381-411.

98. B.B. Чесноков, P.A. Буянов Особенности механизма образования углеродных нанонитей с различной кристаллографической структурой из

углеводородов на катализаторах содержащих металлы подгруппы железа/ В.В. Чесноков, P.A. Буянов // Крит, технол. Мембраны. - 2005. - № 28. - С. 75-79.

99. Чесноков В.В., Зайковский В.И. Буянов P.A., Молчанов В.В., Плясова JI.M. Закономерности формирования различных морфологических структур углерода из углеводородов на никельсодержащих катализаторах / Чесноков В.В., Зайковский В.И. Буянов P.A., Молчанов В.В., Плясова Л.М. // Кинетика и катализ. -1994. Том 35.-С. 146-152.

100. Буянов P.A., Чесноков В.В. Закономерности каталитического образования углеродных нитей в процессе синтеза новых композиционных материалов / Буянов P.A., Чесноков В.В. // Химия в интересах устойчивого развития. - 1995. - Том 3, № 3. - С. 177-186.

101. Buyanov R.A., Chesnokov V.V. Regularities of Catalytic Formation of Carbon Composites for Various Purposes via Decomposition of Hydrocarbons on Iron Subgroup / Buyanov R.A., Chesnokov V.V. // Metals. Eurasian Chem Tech Journal. -2000. - vol. 2, № 3-4. - P. 223-230.

102. Чесноков B.B., Буянов P.A. Образование углеродных нитей при каталитическом разложении углеводородов на металлах подгруппы железа и их сплавах / Чесноков В.В., Буянов P.A. // Успехи химии. - 2000. - Том 69, №7. - С. 675-692.

103. А. Е. Городецкий, О. И. Евко, А. П. Захаров Физика твердых тел / А. Е. Городецкий, О. И. Евко, А. П. Захаров - М.: Мир, 1976. - 619 с.

104. Л. Гленсфорд, И. Пригожин Термодинамическая теория структуры, устойчивости и флуктуаций / Л. Гленсфорд, И. Пригожин. - М.: Мир, 1973.

105. Р. А. Буянов, в. В. Чесноков. О процессах, происходящих в металлических частицах при каталитическом разложении на них углеводородов по механизму карбидного цикла / Р. А. Буянов, в. В. Чесноков // Химия в интересах устойчивого развития. - 2005. - Том 13, № 1. - С. 37-40.

106. Кузнецов Б.Н., Чесноков Н.В., Микова Н.М., Наймушина Л.В. Наноразмерные катализаторы, полученные нанесением карбонильных кластеров переходных металлов на оксидные подложки / Кузнецов Б.Н., Чесноков Н.В.,

Микова Н.М., Наймушина JI.B. // Вестник Красноярского государственного университета. Естественные науки. - 2003. - №2. - С.80-87.

107. Шешин Е.П. Структура поверхности и автоэмиссионные свойства углеродных материалов / Шешин Е.П. - М: МФТИ, 2001. - 288 с.

108. Вельский М.Д., Бочаров Г.С., Елецкий А.В., Sommerer T.J. Усиление электрического поля в холодных полевых катодах на основе углеродных нанотрубок / Вельский М.Д., Бочаров Г.С., Елецкий А.В., Sommerer T.J. // Журнал технической физики. - 2010. - Том 80, №7. - С. 130-137.

109. Володин А. А., Фурсиков П. В., Тарасов Б. П. Дисплеи на эффекте электронной эмиссии / Володин А. А., Фурсиков П. В., Тарасов Б. П. // Альтернативная энергетика и экология. - 2002. - № 6. - С. 33-37.

110. W. I. Milne Carbon nanotubes as field emission sources / W. I. Milne. // J Mater. - 2004. - №14. - C. 23-27.

111. Т. Xaac и Р.Э. Тун Физика тонких пленок. / Т. Хаас, Р.Э. Тун. -М.: Мир, 1978.-345 с.

112. Arfaoni I. Toward lighting devices and flat panel displays based on carbon nanotube field emitter / Arfaoni I. //IVESC. - 2002. - P. 139.

113. Obraztsov A.N., Volkov A.P., Zakhidov Al.A. Field emission characteristics of nanostructured thin film carbon materials / Obraztsov A.N., Volkov A.P., Zakhidov Al.A. // Applied Surface Science. - 2003. - № 215. - P. 214-221.

114. Гуляев Ю.В., Синицын Н.И., Торгашов Г.В. Автоэлектронная эмиссия с углеродных нанотрубных и нанокластерных пленок / Гуляев Ю.В., Синицын Н.И., Торгашов Г.В. // Радиотехника и электроника. - 2003. - Том 48, №11.-С. 1399-1406.

115. Но, G.W. Synthesis of well-aligned multiwalled carbon nanotubes on Ni catalyst using radio frequency plasma-enhanced chemical vapor deposition / G.W. Ho, A.T.S. Wee, J. Lin et al. // Thin Solid Films. - 2001. - Vol. 388. - P. 73 -77.

116. Seongjeen Kim CNT Sensors for Detecting Gases with Low Adsorption Energy by Ionization / Seongjeen Kim // Sensors. - 2006. - № 6. — P. 503 - 513.

117. S.J.Kim. Gas sensors based on Paschen's law using carbon nanotubes as electron emitters / S.J.Kim. // J. Phys. D: Appl. Phys. - 2006. № 104. - P. 56-59.

118. Nguyen C.V. Carbon nanotube tips for scanning probe microscopy: fabrication and high aspect ratio nanometrology / Nguyen C.V. // Meas. Sci. Technol. -2005. -№ 16.-P. 2138-2146.

119. Maser, W.K. Production of high-density single-walled nanotube material by a simple laser-ablation method / W.K. Maser et al. // Chemical Physics Letters. -1998. - Vol. 292. - P. 587 - 593.

120. C. Y. Yang, A. M. Cassell, B. A. Cruden, J. Li, M. Meyyappan Structural characteristics of carbon nanofibers for on-chip interconnect applications / C. Y. Yang, A. M. Cassell, B. A. Cruden, J. Li, M. Meyyappan // Appl. Phys. - 2005. - Lett. 87. - P. 23-26.

121. G. Zinsmeister Thin Solid Films / G. Zinsmeister - Liechtenstein.: Balzers, 1971.-P. 51-75.

122. Гришин A.M., Фомин B.M. Сопряженные и нестационарные задачи механики реагирующих сред / Гришин A.M., Фомин В.М. - Новосибирск.: Наука, 1984. - С. 34-38.

123. А. М. Прохоров Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. / М. Прохоров. -М.: Советская энциклопедия. - 1988.

124. Пономарева A.M. Равдель А.А. Краткий справочник физико-химических величин / Пономарева A.M. Равдель А.А. - М.: Иван Федоров, 10-е издание. - 2003.

125. Marian A. Herman, Wolfgang Richter, Helmut Sitter Epitaxy. Physical Principles and Technical Implementation / Marian A. Herman, Wolfgang Richter, Helmut Sitter Epitaxy // Springer. - 2004. - P. 322.

126. Кравченко В. Ф., Рвачёв В. JI. Алгебра логики, атомарные функции и вейвлеты в физических приложениях / Кравченко В. Ф., Рвачёв В. JI. - М.: Физматлит. - 2006.

г

127. Tretyakov Yu.D., Oleinikov N.N., Shlyakhtin O. A. Cryochemical Technology of Advanced Materials / Tretyakov Yu.D., Oleinikov N.N., Shlyakhtin O.

A. // London: Chapman & Hall. - 1997. - P. 72-126.

128. David В Hash, Martin S Bell, Kenneth В К Teo, Brett A Cruden, William I Milne and M Meyyappan An investigation of plasma chemistry for dc plasma enhanced chemical vapour deposition of carbon nanotubes and nanofibres / David В Hash, Martin S Bell, Kenneth В К Teo, Brett A Cruden, William I Milne, M Meyyappan // Nanotechnology. - 2005. - № 16. - P. 925-930.

129. [Электронный ресурс] URL: http://www.factsage.com/.].

130. Лоднз P., Паркер P. Рост монокристаллов / Лодиз Р., Паркер P. -М.:Недра, 1981.-390 с.

131. Christian Klinke Analysis of catalytic growth of carbon nanotubes / Christian Klinke // Lausanne, EPFL. - 2003. - P. 44-89.

132. Агеев O.A., Золотарев Д.В., Климин B.C., Чередниченко Д.И. Изучение закономерностей роста углеродных нанотрубок при плазменно-химическом осаждении из газовой фазы / Агеев O.A., Золотарев Д.В., Климин

B.C., Чередниченко Д.И. // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2011. - № 4 (117).-С. 61-68.

133. Агеев O.A., Алябьева Н.И., Ильин О.И., Климин B.C., Поляков В.В., Федотов A.A. Исследование режимов формирования каталитических центров для выращивания ориентированных массивов углеродных нанотрубок / Агеев O.A., Алябьева Н.И., Ильин О.И., Климин B.C., Поляков В.В., Федотов A.A. // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. -Спец. выпуск. Мехатроника. - 2009. С. 159-161.

134. Павлов П.В., Хохлов А.Ф. Физика твердого тела / Павлов П.В., Хохлов А.Ф. - М:- ВШ, 1997.

135. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник / Рабинович В.А., Хавин З.Я. - Л.: Химия, 1977. - С. 83.

136. Шмыков A.A. Справочник термиста Издание 4 / Шмыков A.A. - М.: Машиз, 1952.-С. 267.

137. Gulyaev Yu.V., Sinitsyn N.I., Glukhova O.E., Mevlyut Sh.T., Torgashov G.V., Torgashov I.G., Zhbanov A.I. The influence of carbon nanocluster defects of carbon film field emission / Gulyaev Yu.V., Sinitsyn N.I., Glukhova O.E., Mevlyut Sh.T., Torgashov G.V., Torgashov I.G., Zhbanov A.I. // Technical Digest, 10-th Int. Vac. Micr. Conf., IVMC'97. - 1997. - P. 523-526.

138. Kitiyanan B. Controlled production of single-wall carbon nanotubes by catalytic decomposition of CO on bimetallic Co-Mo catalysts / B. Kitiyanan et al. // Chemical Physics Letters. - 2000. - Vol. 317. - P. 497 - 503.

139. Okotrub A.V., Bulusheva L.G., Belavin V.V. Fullerenes Nanotubes, and Carbon Nanostructures / Okotrub A.V., Bulusheva L.G., Belavin V.V. - 2006. - Vol. 14. - P. 151.

140. Hernardi K. Fe-catalyzed carbon nanotube formation / K. Hernardi // Carbon.- 1996.-Vol. 34.-I. 10.-P. 1249-1257.

141. Bethune D.S. Cobalt-catalysed growth of carbon nanotubes with single-atomic-layer walls / D.S. Bethune, C.H. Kiang, M.S. de Vries et al. // Nature. - 1993. -Vol. 363.-P. 605-607.

142. H. Kuzmany, J. Fink, M. Mehring, S. Roth Conference Proceedings. Melville /H. Kuzmany, J. Fink, M. Mehring, S. Roth. // New York. - 2003. - Vol. 685. -P. 605.

Приложение 1. «Фазовые диаграммы газофазных и твердофазных реакций

взаимодействия»

Ni - н2о

р=600ра 4>bctSage"

Ni/(Ni+H¡0) (mol/mol)

Фазовая диаграмма взаимодействия NÍ-H2O

s¡ - н2о

ржшра 4)bctSage"

Si/(S¡+H,0) (mol/mol)

NiO - H2

р-шра 4)bctSage"

3520 - I " ' ..............1 1 • 1--->--

3020 - -

2520 - gasjúeal

2020

1520 gasjdeat + Nf(lq) gasjdeal + Wí(liql + NtOfe)

1020 - -

520 - gasjdeal + Niisl gasjdeal + №5) + NiOt«)

20 1 1 1 . 1

О 0.2 0.4 O.e 0.8 1

NiO/(NiCH-H.) (mol/mol)

Фазовая диаграмма взаимодействия NÍO-H2

s¡o2 - н2

р=600ра 4¿bctSage™

SiO,/(SiO,+H2) (mol/mol)

T¡0 - н2

P=600 Pa

gas_real ♦ Tl(s2> ■<■ TICK52)

4^ctSage"

gas_real + T1H,(s) + TIO(s)

0.2 0.4 0.6 0.8

TiO/(TiO+H2) (mol/mol)

Фазовая диаграмма взаимодействия ТЮ-Нг

^jbctSage"

Ti - N2

р-боора 4jbctSage"

Ti/(Ti+N¡) (mol/mol)

Фазовая диаграмма взаимодействия TÍ-N2

Si - N2

p=600pa 4ibictSage"

Si/(Si+N¡) (mol/mol)

800 700 600 500

S 400

н

300 200 100 0

О 0.2 0.4 0 6 0 8 1

Ti/(Ti+Si) (mol/mol)

Фазовая диаграмма взаимодействия Ti- Si

3520 3020 2520

S 2020

Н

1520 1020 520 20

Ti-Si

/>=600 Pa

^^ctSage"

S(si*a,Ti(»i

SI)Tl(e) ♦ SiTils)

• яд >)

Ni-Ti

P=600 Pa

^ictSage"1

flasjdeal

gasJdeal + TUSq)

Tl(llq| + MTVs)

THe2j + NiTljlS)

Tiís) NITljís)

NtTijts) + NITI(S)

NITl(s) + N!jTi{s)

№,Tl(SJ»Nf(i(JI

N1,11(5) +Nils)

0.2

0.4 0.6

Ni/(Ni+Ti) (mol/mol)

0.8

Приложение 2. «Лабораторно-технологические инструкции технологических

маршрутов изготовления»

Лабораторно-технологическая инструкция создания массива вертикально ориентированных углеродных нанотрубок

1. Механическая полировка на алмазном круге с использованием нанодисперсных порошков;

2. Химическая очистка

Очистка подложек предназначена для удаления загрязнений до уровня, соответствующего технологически чистой поверхности. Даже в случае не очень высоких требований к чистоте поверхности концентрация примесей не должна превышать (10"8 - 10"7) г/см2. Химическая очистка состоит из следующих этапов:

- обезжиривание: используют фреон-113 (СС1РЗ);

- химическая обработка: для химической обработки кремниевых пластин применяется горячий (75-80)°С перекисно-аммиачный раствор Н2О2 : КНдОН

3. Подготовка кремниевой пластины для загрузки в НАНОФАБ;

4. Передача пластины в модуль FIB CVD, осуществляется с помощью радиального робота раздачи RDS;

5. Нанесение каталитических центров методом фокусированных ионных пучков. Для осаждения используем Ni, ускоряющее напряжение 300 кВ, ток 500 пА, время воздействия в точке 1 мкс;

(1:1);

Каталитические центры

Si

6. Передача пластины в модуль СЗМ, осуществляется с помощью радиального робота раздачи RDS;

7. Контроль параметров нанесенных каталитических центров методом атомно-силовой микроскопии;

Зонд АСМ-

8. Передача пластины в модуль PECVD, осуществляется с помощью радиального робота раздачи RDS;

9. Нагрев пластины до температуры от 700°С до 800°С. Нагрев производиться 20-30 минут до образования каталитических центров.

Параметры, при которых происходит нагрев подложки с каталитическими

центрами

Стадия т, t, NH3, С2Н2, Аг, Р,

°С мин см3/мин см3/мин см3/мин Торр

Нагрев 700-800 20-30 10-20 - 40-100 3,5-5

1 \ 1 L J ■ Si . 1 i L i L

10. Активация - процесс протекающий за сравнительно небольшой период времени 2-5 минут. Для этого процесса так же важными параметрами являются время, давление и объём прокачиваемого аммиака.

Параметры, при которых происходит активация каталитических центров

Стадия т, t, NH3, с2н2, Аг, р,

°С мин см3/мин см3/мин см3/мин Торр

Активация 700-800 2-5 170-220 - - 3,5-5

11. Формирование массива УНТ. Аммиак, находящийся в реакторе влияет на образование слоев УНТ.

Параметры роста УНТ

Стадия т, t, NH3, с2н2, Аг, Р, кц

°С мин см3/мин см3/мин см3/мин Торр

Рост 750 20 210 70 - 4,5 Ni

Плазма NH3 + С2Н2

Ь ас ;и1 Т

Si

12. Передача пластины в модуль FÏB UHV, осуществляется с помощью радиального робота раздачи RDS;

13. Контроль параметров массива УНТ методом растровой электронной микроскопии;

154 РЭМ

ъ ас иб 4 Т

Si

14. Выгрузка пластин.

Лабораторно технологическая инструкция создания чувствительного элемента газового датчика на основе массива вертикально ориентированных УНТ.

1. Химическая очистка подложки Si.

Очистка подложек предназначена для удаления загрязнений до уровня, соответствующего технологически чистой поверхности. Даже в случае не очень высоких требований к чистоте поверхности концентрация примесей не должна превышать 10"8 - 10*7г/см2. Химическая очистка состоит из следующих этапов:

- обезжиривание: используют фреон-113 (CCIF3);

- химическая обработка: для химической обработки кремниевых пластин применяется горячий (75—80)°С перекисно-аммиачный раствор Н2О2 : NH4OH (1:1);

- термический отжиг: осуществляется в вакуумных и термических установках, ограничен температурой плавления очищаемых материалов.

Si

2. Магнетронное напыление пленки материала подслоя с одновременным нанесением слоя электропроводящего металла на верхний электрод производилось на установке AUTO 500.

Режимы нанесения:

материал — титан; мощность - 300 Вт: температура подогрева - 200 °С; Ar = 15 см3/мин давление-10'1 Па время нанесения -2 минуты.

При таких режимах толщина осажденного слоя составляет около 100 нм.

Tï (50-100) нм Si

3. Напыление пленки материала каталитического слоя производилось на установке AUTO 500, методом магнетронного распыления. Режимы нанесения: материал - никель; мощность - 300 Вт: температура подогрева - 250 °С; Аг = 10 см3/мин давление- 10"1 Па время нанесения -17 сек.

При таких режимах толщина осажденного слоя составляет около 10 нм.

Ni (10 нм)

__/_._„

и

4. Нанесение слоя диэлектрика. В качестве диэлектрика наносился слой БЮг. Осаждение проводилось в установке БТЕ 1СРс181 плазмохимическим методом.

Режимы нанесения БЮг: поток 81Н4 = 5 см3/мин

поток N02 = 100 см3/мин давление = 1 Па

мощность источника 1СР плазмы = 600 W температура образца: 70°С

При данных режимах скорость роста составляет: 25нм/мин

8102 (55 мкм)

Б!

5. Литография фоторезист 8РЯ 220.

6. Травление диэлектрика. Травление диэлектрика осуществлялось в установке БТЕ 1СРе68 плазмохимическим методом.

Режимы травления 8Ю2: поток 8Рб= 15 см3/мин поток Аг = 10 см3/мин давление = 2.25 Па

мощность источника 1СР плазмы = 300 напряжение смещения 80 В температура образца: 40°С

При данных режимах скорость травления приблизительно составляет: 400нм/мин

'щщ II ш

Б!

7. Травление фоторезиста в ^^Диметилформамид

8. Нагрев пластины до температуры от 700°С до 800°С. Нагрев производиться 20-30 минут до образования каталитических центров. Параметры нагрева отображены в таблице 4.4.

Таблица 4.4

Параметры, при которых происходит нагрев подложки с каталитическими

центрами

Стадия т, С 2Н2, Аг, Р,

°С мин см3/мин см3/мин см3/мин Торр

Нагрев 700-800 20-30 10-20 - 40-100 3,5-5

1 (агрея до {700 - 800) "С Каталитические центры

шщ А -Л,

Б\

7. Активация - процесс протекающий за сравнительно небольшой период времени 2-5 минут. Для этого процесса так же важными параметрами являются время, давление и объём прокачиваемого аммиака. Параметры, при которых проводится активация, указаны в таблице 4.5.

Таблица 4.5

Параметры, при которых происходит активация каталитических центров

Стадия т, ОД, С2Н2, Аг, р,

°с мин см3/мин см3/мин см3/мин Торр

Активация 700-800 2-5 170-220 - - 3,5-5

Активация 1 минута

8. Формирование массива УНТ происходит при следующих параметрах, указанных в таблице 4.6. Аммиак, находящийся в реакторе влияет на образование слоев УНТ.

Таблица 4.6

Параметры роста УНТ

Стадия т, 1, ш3, С2Н2, Аг, Р, кц

°С мин см3/мин см3/мин см3/мин Торр

Рост 750 20 210 70 - 4,5 №

Росг

ШИШ» * • 11 III 1 I * 1111 I I I »1 ян

ГЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖЛ I

а

8 Формирование верхнего контакта и выводов.

Т1 (50-100) нм

9 Подключение к оборудованию обрабатывающему сигнал.

Приложение 3. «Документы о внедрении и использовании результатов

диссертационной работы»

УТВЕРЖДАЮ Генеральный директор ЗАО ОКБ «РИТМ» Старовойтов Ю.Ю. «09» сентября 2013 г.

АКТ

О внедрении результатов кандидатской диссертационной работы КЛИМИНА Виктора Сергеевича на тему «Разработка и исследование технологических основ создания массивов вертикально ориентированных углеродных нанотрубок для устройств микроэлектронной сенсорики»

Комиссия в составе: Старовойтов Ю.Ю., Джуплина Г.Ю., Войной И.Д.

Составили настоящий акт о том, что теоретические и экспериментальные результаты диссертационной работы «Разработка и исследование технологических основ создания массивов вертикально ориентированных углеродных нанотрубок для устройств микрочлектронной сенсорики» использовались в перспективных разработках создания системы неивазивного анализа клеток в кровотоке. Использование указанных результатов позволяет: получить однородные углеродные нанотрубки по разработанному диссертантом технологическому маршруту и применять их в качестве контрастных агентов для обнаружения и подсчета количества бактериальных клеток в кровотоке при проведения анализа в реальном времени, ускорить и уточнить постановку врачом диагноза.

Члены комиссии: Старовойтов Ю.Ю., Джуплина Г.Ю., Войнов И.Д.

Старовойтов Ю.Ю. «09» сентября 2013 г.

"УТВЕРЖДАЮ" Директор НИИ ФОХ РАН

. Минкин

к,,й-.-?- ыЦуЩ/

^ШьШМ 2012 г. * * * '

АКТ ^»««зд^^ об использовании результатов кандидатской диссертации Климина Виктора Сергеевича в научно-исследовательских работах Научно-Исследовательского института Физической и Органической Химии Южного федерального

университета

Комиссия в составе:

1. Заведующий лабораторией к.х.н. Метелица A.B.

2. Старший научный сотрудник к.х.н. Волошин H.A.

3. Научный сотрудник к.х.н. Чернышев A.B.

составила настоящий акт о том, что в научно-исследовательской работе

ГК №02.740.11.0456 от 30 сентября 2009 г. по теме: «Молекулярный дизайн и исследование фотоуправляемых бистабилышх молекулярных систем для епшлроники, фотоники и хемосенсорики» в период с 2009 г. по 2011г., использованы следующие результаты диссертационной работы Климина B.C.:

- технологические режимы формирования массивов каталитических центров, которые позволили получить при температуре формирования в интервале (700-850)°С каталитические центры диаметром d ~ (94 ± 9) нм с плотностью р=1 .8*107см"2;

- технологические режимы выращивания массивов вертикально ориентированных углеродных нанотрубок обеспечивающие разброс диаметра и длинны 27% и 18%, соответственно.

Члены комиссии:

1. Метелица A.B.

2. Волошин H.A.

\

З.Чернышев A.B.

. .2012г.

и

чик

ПОЦ «Наиотсхнологни» Южного федерального университета

Мы нижеподписавшиеся, научный руководитель НОЦ «Нанотехнологии» ЮФУ, д-р техн. наук, профессор Коноплев Б.Г., зав. лабораторией Кластерных ианотехнологий НОЦ «Нанотехнологии» ЮФУ, канд. техн. наук, доцент Федотов A.A., составили настоящий акт в том, что в научно-исследовательских работах №№ 13050, 13051, 13058, 13309, 13314 в период с 2009 г. по 2012 г., использованы следующие результаты диссертационной работы Климина B.C.:

- технологический маршрут формирования каталитических центров никеля, позволяющий формировать вертикально ориентированные массивы углеродных нанотрубок с заданными параметрами с позиционированием по месту назначения;

- технологический процесс изготовления чувствительного элемента на основе вертикально ориентированного массива углеродных нанотрубок для устройств микроэлектронной сенсорики с использованием многофункционального сверхвысоковакуумного нанотехнологического комплекса НАНОФАБ НТК-9, позволяющий реализовать его в едином технологическом цикле с использованием групповых и индивидуальных методов ианотехнологий, повысить степень чистоты процесса, воспроизводимость и выход годных изделий.

Научный руководитель

НОЦ «Нанотехнологии» ЮФУ, д-р техн. наук, профессор

Зав. лабораторией Кластерных ианотехнологий НОЦ «Нанотехнологии» ЮФУ канд. техн. наук, доцент

Б.Г. Коноплев

A.A. Федотов

"УТВЕРЖДАЮ

Заместитель сжовод!

АКТ

о внедрении результатов, полученных в диссертационной работе,

в учебный процесс Технологического института ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет» в г. Таганроге

Настоящим актом подтверждается, что результаты диссертационной работы Климина Виктора Сергеевича «Разработка и исследование технологических основ создания вертикально ориентированных массивов углеродных нанотрубок для устройств микроэлектронной сенсорики» используются в учебном процессе кафедры технологии микро- и наиоэлектрониой аппаратуры (ТМ и IIA) ТТИ ЮФУ.

Разработанные методики по получению и исследованию каталитических центров и углеродных нанотрубок использованы при подготовке руководства к выполнению лабораторных работ с использованием многофункционального сверхвысоковакуумного нанотехнологического комплекса НАНОФАБ НТК-9.

Работа выполнена по направлениям Приоритетного Национального Проекта «Образование», реализуемого в ТТИ ЮФУ, а ее результаты внедрены в учебном процессе кафедры ТМ и НА.

Внедренные в учебный процесс материалы диссертационной работы Климина B.C. включены в курсы лекций «Технологические процессы микро- и наноэлектроники», «Материалы и методы нанотехнологии», и позволили повысить уровень подготовки студентов по направлениям 210100 «Электроника и микроэлектроника», 210600 «Нанотехиология», а также были использованы при выполнении бакалаврских и дипломных выпускных квалификационных работ.

Декан ФЭП,

д-р техн. наук, профессор

Б.Г. Коноплев

Зам. зав. кафедрой ТМ и НА по учебной работе, канд. техн. наук, доцент

В.В. Иваицов