Транспорт носителей заряда в наноразмерных каналах, сформированных углеродными нанотрубками, взаимодействующими с органическими молекулами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.01, кандидат наук Емельянов Алексей Владимирович

• Емельянов Алексей Владимирович
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Емельянов Алексей Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ОДНОМОЛЕКУЛЯРНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА. СПОСОБЫ ФОРМИРОВАНИЯ КОНТАКТОВ К ОДИНОЧНЫМ МОЛЕКУЛАМ

1.1 Молекулярная электроника

1.2 Способы формирования контактов и методики измерения проводимости в молекулярных каналах

1.2.1 Формирование и исследование молекулярных каналов методами сканирующей туннельной микроскопии

1.2.2 Атомно-силовая микроскопия как метод исследования проводимости одиночных молекул

1.2.3 Механически контролируемое создание нанозазоров

1.2.4 Создание нанозазоров с применением метода электромиграции

1.2.5 Молекулярные транзисторные структуры с контактами из углеродных наноматериалов

1.3 Транспорт носителей заряда в молекулярных каналах

Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Инструментальные методы исследования формирования структур с каналом на основе УНТ и органических молекул

2.2 Выбор материалов для формирования активных элементов планарной органической электроники

2.3 Методика изготовления транзисторных структур с каналом на основе одиночных УНТ

2.4 Методика изготовления транзисторных структур с каналом из однослойного графена

Глава 3. ТРАНЗИСТОРНЫЕ СТРУКТУРЫ С КАНАЛОМ НА ОСНОВЕ ОДИНОЧНЫХ МОЛЕКУЛ И КОНТАКТОВ ИЗ УНТ

3.1 Молекулярные каналы на основе полианилина

3.2 Каналы на основе тиофен и карбозол содержащих молекул

3.3 Температурная зависимость ВАХ молекулярных каналов

3.4 Фотодетекторы видимого излучения на основе УНТ, покрытых молекулярным слоем .... 60 Глава 4. СЕНСОРЫ ГАЗОВ НА ОСНОВЕ ПЛЁНОК ФУНКЦИОНАЛИЗИРОВАННЫХ УНТ . 68 4.1 Высокочувствительные сенсоры на пары аммиака на основе карбоксилированных УНТ

4.2 Создание электронного носа на основе функционализированных плёнок УНТ органическими молекулами для анализа дыхания

Глава 5. ЛОКАЛЬНАЯ ФУНКЦИОНАЛИЗАЦИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОСТРУКТУР ПИКОСЕКУНДНЫМ И ФЕМТОСЕКУНДНЫМ ЛАЗЕРНЫМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ

5.1 Функционализация графена пикосекундными и фемтосекундными лазерными импульсами

5.2 Фотодетекторы видимого излучения на основе графена с р-р+ переходами

5.3 Функционализация УНТ фемтосекундным лазерным воздействием

5.4 Влияние функционализации УНТ на контактные эффекты в молекулярных транзисторах

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БЛАГОДАРНОСТИ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Транспорт носителей заряда в наноразмерных каналах, сформированных углеродными нанотрубками, взаимодействующими с органическими молекулами»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Текущая тенденция к минимизации электронных устройств поднимает очень важный вопрос о возможности использования одиночных молекул в качестве активных элементов приборов в различных приложениях. Исследования последних лет в области наноэлектроники показали, что создание контактов к одиночным молекулам возможно, более того, полученные устройства воспроизводили поведение большинства микроэлектронных компонентов, используемых сегодня. Однако в молекулярной электронике существует ещё множество проблем, связанных с воспроизводимостью параметров устройств, интеграцией данных устройств в интегральные и аналоговые схемы, низкие рабочие частоты. Тем не менее, эта область органической электроники находится только на начальном этапе исследования, поэтому необходимы дальнейшие работы по поиску новых материалов, созданию низкоомных контактов и исследованию фундаментальных свойств структур на молекулярном уровне.

Одним из базовых элементов молекулярной электроники является транзистор, канал которого состоит из одной или нескольких молекул. Углеродные точечные контакты стока и истока представляются наиболее перспективными контактами к одиночным молекулам из-за высокой инжекции носителей заряда из них в канал, на порядок превышающую инжекцию из металлических электродов [1]. Сложность может возникнуть при использовании однослойных углеродных нанотрубок (УНТ), проводимостью которых также можно управлять полем затвора. Использование однослойных металлических и многослойных УНТ, а также графена решает данную проблему.

Функционализация углеродных наноматериалов различными функциональными группами способна улучшить условия на контактах с молекулами за счёт формирования специфичных связей, например, водородных или более сильных - ковалентных. Функционализация кислородными группами может быть проведена с помощью воздействия коротким ультрафиолетовым (УФ) или мультифотонным лазерным излучением, а также с помощью обработки кислородной плазмой. Функционализация углеродной решётки другими группами может быть осуществлена при облучении наноуглеродных материалов в инертной среде или при покрытии их различными молекулами.

Исследования в рамках данной диссертационной работы посвящены решению задачи создания активных элементов молекулярной электроники. В частности, в работе исследуется возможность формирования одномолекулярных полевых транзисторов с молекулярным каналом, сформированным в зазорах между УНТ, фотодетекторов видимого излучения на основе УНТ и графена, а также исследуется механизм транспорта заряда в данных устройствах.

Цель работы заключалась в создании полевых транзисторных структур с каналом на основе одной или нескольких органических молекул олигомеров или полимеров, сформированным между электродами из однослойных углеродных нанотрубок, и исследовании транспорта носителей заряда в созданных структурах. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Разработка транзисторных структур с каналом из УНТ в рамках традиционной оптической фотолитографии.

2. Создание структур с каналом из УНТ, покрытым молекулярным слоем, и исследование их электрических и оптических характеристик.

3. Создание зазоров заданной ширины в сформированных каналах на основе УНТ с помощью методики фокусированного ионного травления.

4. Формирование полевых транзисторных структур на основе одной или нескольких молекул с контактами из УНТ.

5. Функционализация углеродных наноматериалов и формирование участков с разной концентраций носителей заряда сверхкоротким лазерным воздействием и исследование оптических и электрических свойств полученных структур.

6. Исследование транспорта носителей заряда в транзисторных структурах с молекулярным каналом и в структурах с каналом УНТ, покрытым молекулярным слоем.

7. Исследование влияния функционализации контактов на величину контактного сопротивления между УНТ и молекулярным каналом.

Научная новизна.

• Установлен эффект изменения проводимости УНТ в зависимости от типа молекулярного покрытия, а также эффект генерации фототока в структурах УНТ, покрытых органическим молекулярным слоем.

• Созданы полевые транзисторные структуры на основе канала из одиночных молекул полианилина, тиофен и карбозол содержащих молекул, осаждённых в нанозазоры между электродами из УНТ, продемонстрирован эффект влияния функционализации контактов на сопротивление контакта УНТ/молекула.

• Обнаружено, что функционализация углеродных наноматериалов кислородными группами может быть осуществлена локально с использованием сверхкороткого (пикосекундного или фемтосекундного) лазерного облучения.

• Обнаружено, что функционализация УНТ карбоксильными группами, а также покрытие их органическими полупроводниковыми молекулами, приводит к существенному увеличению отклика резистивных сенсорных структур на основе УНТ на аммиак и повышает селективность датчиков к исследуемым газам.

• Установлено, что покрытие плёнок УНТ молекулами ТСТА и ТАРС увеличивает чувствительность сенсоров на их основе на сероводород и диоксид азота, соответственно.

Основные положения и результаты работы, выносимые на защиту:

1. Нанесение тонких органических плёнок полупроводниковых молекул на транзисторные структуры с каналом из УНТ приводит к существенному изменению характера управления канала полем затвора и повышению фоточувствительности у структур к видимому диапазону излучения.

2. Функционализация поверхности углеродных нанотрубок кислородными группами способствует уменьшению контактного сопротивления более чем на два порядка между УНТ и молекулярным каналом на основе полианилина.

3. Сформированные молекулярные каналы в зазорах между углеродными нанотрубками на основе полианилина, тиофен и карбозол содержащих молекул демонстрируют подвижность носителей заряда более чем на порядок превосходящую подвижность для данных материалов в тонких плёнках и одиночных кристаллах.

4. Облучение углеродных наноматериалов в нормальных условиях сверхкороткими лазерными импульсами с энергией ниже пороговой энергии абляции (200 мДж/см ), приводит к ковалентной функционализации поверхности преимущественно эпоксидными и гидроксильными группами. В случае фемтосекундного лазерного воздействия разрушение решётки практически не происходит.

5. Функционализация УНТ кислородными группами и покрытие их органическими молекулами донорного или акцепторного по отношению к УНТ типа приводит к увеличению отклика резистивных сенсорных структур на основе УНТ к аммиаку, диоксиду азота и сероводороду.

Достоверность и обоснованность научных положений и полученных результатов обеспечивались их воспроизводимостью и использованием современных методов экспериментального и теоретического исследования. Научные результаты исследования не противоречат известным российским и зарубежным работам.

Практическая значимость работы.

1) Разработана методика создания полевых транзисторных структур с каналом из одиночной УНТ с различной геометрией электродов.

2) Сформированы высокочувствительные резистивные сенсорные структуры на основе функционализированных УНТ, способные обнаруживать концентрацию аммиака в воздухе менее 100 ppb.

3) Созданы полевые одномолекулярные транзисторы на основе молекул полианилина с контактами стока и истока из УНТ с подвижностью носителей заряда в канале до 21 см2/(В-с).

4) Разработана методика воспроизводимого получения нанозазоров в углеродных нанотрубках с помощью фокусированного ионного пучка с заданной шириной зазора 20 нм.

5) Разработаны основы локальной функционализации УНТ и графена с помощью импульсного фемтосекундного и пикосекундного лазерного воздействия.

6) Результаты работы использованы в научных разработках и внедрены в учебный процесс НИУ МИЭТ, а также используются в производственном процессе ООО «Наносенсор».

Личный вклад автора. Все результаты, представленные в данной работе, получены автором лично либо в соавторстве при его непосредственном участии.

Апробация результатов. Материалы диссертации представлены на следующих российских и международных конференциях:

1. XV Школа молодых учёных «Актуальные проблемы физики» (Москва, 2014)

2. International Fall School on Organic Electronics (Moscow region, 2014)

3. European Polymer Federation Congress 2015 (Dresden, Germany, 2015)

4. 22-я Всероссийская межвузовская НТК студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2015» (Москва, 2015)

5. 2nd International Fall School on Organic Electronics (Moscow region, 2015)

6. 13th European Conference on Molecular Electronics (Strasbourg, France, 2015)

rd

7. 3 International Fall School on Organic Electronics (Moscow region, 2016)

8. 23-я Всероссийская межвузовская НТК студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2016» (Москва, 2016)

9. 6th edition of Graphene Conference (Genoa, Italy, 2016)

10. 14th European Conference on Molecular Electronics (Dresden, Germany, 2017)

11. 13 th International Conference on Organic Electronics (Saint-Petersburg, 2017)

12. 13th International Conference Advanced Carbon NanoStructures (Saint-Petersburg, 2017)

13. 19th International Conference on the Science and Application of Nanotubes and Low-dimensional Materials (Beijing, Cnina, 2018)

Полученные результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы при выполнении проектов №14.578.21.0234 (уникальный идентификатор RFMEFI57817X0234), №14.578.21.0113 (уникальный идентификатор RFMEFI57815X0113), №14.575.21.0125 (уникальный идентификатор RFMEFI57517X0125), проводимых в рамках реализации федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы», что подтверждено актами об использовании результатов диссертационной работы. Кроме того, часть исследований была проведена при поддержке Российского научного фонда (грант № 14-1901308).

Публикации. По результатам работы было опубликовано 11 статей в журналах, входящих в список ВАК, базы данных Web of Science и Scopus. Было сделано 18 устных и стендовых докладов на российских и международных конференциях. Получен 1 патент на изобретение и 1 патент на полезную модель.

Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка сокращений и списка литературы, а также приложения. Материал работы изложен на 139 страницах печатного текста, включает 88 рисунков, 6 таблиц, список сокращений, список литературы из 1 86 наименований и приложение.

Глава 1. ОДНОМОЛЕКУЛЯРНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА. СПОСОБЫ ФОРМИРОВАНИЯ КОНТАКТОВ К ОДИНОЧНЫМ МОЛЕКУЛАМ

В данной главе дано краткое описание одной из областей органической электроники -одномолекулярной электроники. Рассмотрены основные методики формирования контактов к одиночным молекулам и проблемы, возникающие как при формировании контактов, так и при осаждении молекул. В главе поднимаются вопросы воспроизводимости при создании молекулярных полевых транзисторов и интегральных схем на их основе. В заключительной части главы рассматриваются возможные механизмы транспорта носителей заряда в одномолекулярных каналах и делаются выводы о необходимости модификации контактов для уменьшения контактного сопротивления.

1.1 Молекулярная электроника

Молекулярная электроника - это область науки, которая исследует природу электронного и термического транспорта в устройствах, где базисным элементом выступают одиночные молекулы или их набор. Молекулярная электроника основана на подходе «снизу-вверх», когда из одиночных частей собираются сложные структуры. Одним из примеров данного подхода может служить спонтанный процесс формирования упорядоченных структур, называемый самосборкой [2]. Данный процесс практически не зависит от внешнего воздействия и регулируется за счёт манипулирования свойствами и структурой исходных компонент.

Сама идея молекулярной электроники родилась в начале 1970-х годов в корпорации IBM. В 1974 году Авирам и Ратнер опубликовали работу по молекулярным выпрямительным диодам [3], в которой они изложили, как устройство на основе проводящей соли может использоваться в качестве традиционного диода в электрической схеме.

С технологической точки зрения существует ряд весомых причин для использования одиночных молекул в качестве активных компонентов для различных приложений. При сравнении с традиционной кремниевой электроникой, размер элементов которой массово выполняется по технологии 10 нм [4], молекулярная электроника имеет ряд преимуществ [5]:

• Размер. Размер одиночных молекул олигомеров, обычно не превышающий 10 нм, способствует их более плотной упаковке при создании устройств, которые будут дешевле, вариативнее и более энергоэффективны.

• Быстродействие. Несмотря на то, что большинство молекул довольно плохо проводят электрический ток, хорошие молекулярные проводники могут иметь довольно малые времена переключения состояний (~ 10-14 с), что существенно уменьшает операционное время работы.

• Разнообразие свойств. Изменяя состав и геометрию молекул можно легко управлять транспортными, оптическими и геометрическими свойствами молекул.

• Новые возможности. Формирование устойчивых геометрических структур и наличие изомеров у молекул может быть использовано при создании новых устройств, функциональность которых недоступна при использовании традиционных твердотельных устройств.

Существуют также и проблемы, такие как: нестабильность при высоких температурах, воспроизводимость свойств и параметров устройств, сложность, на данный момент, их создания. Но, несмотря на недостатки, преимущества молекулярной электроники очевидны для того, чтобы мотивировать на исследование и создание новых одномолекулярных устройств электроники.

С самого начала интерес к молекулярной электронике был вызван ожиданиями, что однажды молекулы заменят традиционную на сегодняшний день кремниевую технологию. Процесс самосборки при создании элементов схем избавил бы от необходимости инвестиций в разработку новых установок последовательного шагового экспонирования, стоимость которых многократно увеличивается при уменьшении топологических размеров элементов. Хотя преимущества данного метода очевидны, первоначальным ожиданиям учёных не суждено было сбыться. И одна из многих причин неработоспособности данной идеи, даже в принципе, заключается в том, что волновые функции электронов в молекулах когерентны. То есть, когда будут соединены два элемента схемы вместе, из-за фазовой когерентности они не будут вести себя как два классических элемента схемы. Это происходит из-за того, что при соединении двух молекул вместе в схеме их волновые функции перекрываются и образуют когерентную суперпозицию, которая меняет свойства обеих молекул [6]. В общем случае, при описании транспорта носителей заряда в молекуле необходимо учитывать также свойства соединений с электродами и силу связывания с ними. Уменьшение силы связывания молекулы с её окружением может решить данную проблему. В молекуле транспорт носителей заряда обычно идёт по одному проводящему каналу, проводимость которого равна квантовой (2e /И или ~0.1 мСм) при условии отсутствия энергетических барьеров на пути. Но если мы хотим отделить молекулу от контактов и остальных элементов схемы настолько, чтобы нивелировать изменение её волновых функций, необходимо вводить энергетические барьеры на пути

движения электронов, что сильно уменьшит вероятность их прохождения. То есть, потери в проводимости на межсоединениях приведут к довольно низкой проводимости всей схемы. Работа схемы на низких напряжениях станет невозможна, а чтобы составить конкуренцию по быстродействию кремниевой электронике, придётся за один цикл пропускать всего несколько электронов через элемент схемы. Это приведёт к большим флуктуациям в работе устройства и сделает невозможным функционирование дальнейших элементов цепи, а также увеличение количества элементов. Данная стратегия уменьшения связывания между элементами молекулярной схемы приведёт к тому, что необходимо будет учитывать электрон-электронное взаимодействие в элементах цепи и Кулоновскую блокаду даже при комнатной температуре. Это значит, что параметры схемы нельзя будет задать, соединяя отдельные элементы цепи, а только описав всю схему целиком, что и является главной проблемой, поднятой в начале обсуждения. Увеличение расстояния между отдельными элементами могло бы решить данную проблему, но тогда теряются главные преимущества подобных устройств: их миниатюрность и уникальные свойства молекул, которые могут быть сильно изменены при перекрытии волновых функций молекулы и металлического контакта. Из-за наличия данных проблем представляется очевидным, что молекулярная электроника может найти применение, если будет возможно использовать совершенно другую архитектуру, отличную от традиционной кремниевой, или будут найдены новые области применения, где свойства молекул обладали бы существенным преимуществом по сравнению с остальными твердотельными материалами.

В перспективе необходимо исследование действительно настоящих одномолекулярных устройств и их областей применения. Необходимо решить проблему воспроизводимости и хорошего транспорта заряда при создании элементов и схем. Очевидно, что металлические электроды не являются лучшим выбором для решения данных проблем. Контакты к одиночным молекулам на основе УНТ или графена, а также могут улучшить функциональность устройств и решить ряд поставленных проблем. Также необходимо решить проблемы при создании одномолекулярных устройств в рамках процессов стандартной фотолитографиии, стабильного формирования нанозазоров между контактами и воспроизводимого осаждения молекул в эти зазоры.

1.2 Способы формирования контактов и методики измерения проводимости в

молекулярных каналах

Одна из самых трудных задач молекулярной электроники заключается в формировании контактов к одиночным молекулам. Первые экспериментальные работы были посвящены

созданию трёхмерных структур с помощью осаждения металлических контактов на монослой молекул, сформированный на поверхности металлической подложки с помощью методики Ленгмюра-Блоджетт, и исследованию транспорта носителей заряда через данные монослои [7]. Также применялась методика формирования нанопор [8], создание контактов металл-наночастица [9, 10] и пересекающихся контактов [11]. Несмотря на интересные результаты, полученные в данных работах по изучению свойств молекул, используемые методики не позволяют получить большой выход годных устройств и хорошую воспроизводимость результатов. Плохая воспроизводимость связана не столько со сложностью создания устройства и проведения эксперимента, сколько с природой одномолекулярных проводников, которые могут принимать разную геометрическую форму и обладают довольно большой гибкостью.

Наибольшую популярность для изучения свойств одиночных молекул в последние годы получила методика создания нанозазоров путём механического разрыва электрода, закреплённого на гибкой подложке [12, 13]. Данная технология позволила получать большие объёмы экспериментальных данных по проводимости одиночных молекул при проведении минимального количества экспериментов, варьирую расстояние между электродами. Эксперименты могут быть проведены при различных условиях и в различных средах.

Далее в главе будут описаны основные методы, используемые сегодня, для формирования контактов к одиночным молекулам и измерения их проводимости.

1.2.1 Формирование и исследование молекулярных каналов методами сканирующей туннельной

микроскопии

Открытие сканирующей туннельной микроскопии (СТМ) в 1981 году [14] сильно изменило различные области науки, в том числе и молекулярную электронику. СТМ позволяла увидеть, «прикоснуться» и манипулировать объектами на атомарном уровне. Сразу после открытия СТМ стало ясно, что этот метод можно использовать для исследования транспортных свойств одиночных молекул. В отличие от стандартного применения СТМ, когда металлическая игла поддерживается на заданном расстоянии за счёт обратной связи по туннельному току, протекающему между кончиком иглы и подложкой, остриё может касаться подложки и при медленном подъёме иглы могут формироваться нанопровода или атомарный контакт между иглой и подложкой. Основные преимущества данного метода заключаются в его скорости и гибкости. При формировании контактов, данный метод позволяет получить информацию об их топологии до и после формирования. Однако при обычном процессе создания контактов, когда остриё сначала вжимается в подложку и затем происходит отвод иглы, невозможно получить точную конфигурацию атомарных контактов прямым методом. Эта проблема легко решается,

когда контакт формируется при подводе [15]. Обычно для металлов зависимость проводимости от расстояния подчиняется экспоненциальному закону до момента их соединения, когда происходит существенное увеличение проводимости. Данное изменение характеризует формирование атомарного контакта между иглой и подложкой. На рисунке 1а схематически изображено как происходит контакт острия иглы с молекулой и формируется молекулярный канал.

а

О 02 04 06 08 10 12 0 01 02 03 04 05 06 07

Относительное расстояние (нм1) Ток (нА)

Рисунок 1. (а) Формирование контакта к молекулам и (б, в) измерение проводимости одномолекулярных каналов с помощью СТМ [16].

Спектроскопия в точке, одна из методик СТМ, позволяет получить информацию о дефектах и электронной структуре уровней в молекуле в масштабе нескольких электронвольт (рис. 1б, в) [16].

К недостаткам данной методики можно причислить малую стабильность молекулярного канала к изменениям температуры или магнитного поля, а также небольшое время жизни канала из-за чувствительности СТМ к малейшим акустическим и электрическим вибрациям. Однако, в последнее время стали появляться коммерчески доступные установки, позволяющие работать в условиях глубокого вакуума при температурах ниже 1 К и в сильных магнитных полях.

1.2.2 Атомно-силовая микроскопия как метод исследования проводимости одиночных молекул

Другой метод сканирующей зондовой микроскопии, который может быть применен для создания молекулярных переходов, это метод атомно-силовой микроскопии (АСМ). Для поддержания расстояния зонд-подложка в данном методе введена обратная связь по силе,

возникающей между кончиком зонда и подложкой. В зависимости от материала кантилевера и подложки данная сила, состоящая из нескольких компонент, и расстояние зонд-подложка могут иметь сложный и немонотонный характер зависимости. Главное преимущество метода АСМ над СТМ состоит в том, что этот метод позволяет производить измерения на диэлектрических или низкопроводящих подложках (рис. 2а).

а

I 2

"V* —г-

—

р*

ь

Рисунок 2. Использование метода АСМ для измерения проводимости одиночных молекул. (а) Схема эксперимента, (б) зависимость проводимости канала и силы от растяжения [17].

При формировании молекулярных каналов, ступенчатый механизм изменения проводимости связан с отрывом молекул от одного из электродов во время их разделения. Измеряя электромеханические свойства молекулярных каналов с помощью АСМ было показано [17], что каждое падение проводимости при увеличении расстояния между электродами связано с резким падением значения силы, что может быть связано с отрывом молекул от одного из контактов (рис. 2б). Дальнейшее увеличение расстояния приводит лишь к незначительным изменениям в проводимости, однако, сила возрастает значительно по линейному закону. Когда сила достигает определённого порогового значения, происходит отрыв следующей молекулы от одного из контактов, что приводит снова к резкому падению проводимости и силы.

АСМ наряду с СТМ подходит только для исследования свойств молекул. Создание технологичных, воспроизводимых активных и пассивных элементов молекулярной электроники невозможно при использовании данных методов.

1.2.3 Механически контролируемое создание нанозазоров

Ещё один метод формирования нанозазоров - механически контролируемый разрыв металла, который был предложен больше двадцати лет назад [18]. На рисунке 3 а приведено схематическое изображение получения нанозазора с помощью данного метода. Принцип данного метода заключается в следующем: формируется металлический электрод на гибкой подложке. Это может быть как обычная металлическая проволока, так и литографически

созданный участок металла. Сгибая подложку в трёх местах, как показано на рисунке 3а, материал электрода растягивается и, в определённый момент, рвётся. С помощью данного метода могут быть сформированы очень острые контакты к молекулам с расстоянием между ними всего в несколько пикометров [19]. В основном, в качестве материала электродов, используется золото из-за его химической инертности, хорошей эластичности и химического сродства к определённым химическим группам, например, тиольным группам, но также применяют и другие металлы [20]. Молекулярный канал, чаще всего, формируется между двумя электродами с помощью осаждения молекул из раствора.

Для характеризации молекулярного канала применяют несколько измерительных методик. В первой из них измеряется проводимость канала при постоянном напряжении и изменении размера нанозазора (рис. 3б). Измерение начинается, когда нанозазор ещё не сформировался, то есть с металлической проводимости. В момент разрыва электрода транспорт осуществляется через вакуум или через молекулярный канал, соединяющий два образовавшихся контакта. На графике данный момент соответствует плато по проводимости, и её величина зависит от молекулы и её геометрии. Повторение данного эксперимента тысячи раз позволяет набрать статистику и объяснить изменения при формировании молекулярного контакта. Дальнейший анализ данных и построение гистограмм по значениям проводимости позволяет определить наиболее вероятную проводимость молекулы [21]. Пример данной диаграммы показан в виде вставки на рисунке 3б, где пик соответствует проводимости 2*10-4 О0. Из длины плато проводимости можно узнать длину молекулы.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Емельянов Алексей Владимирович, 2019 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

[1] Capozzi B. et al. Single-molecule diodes with high rectification ratios through environmental control // Nature Nanotechnology. - 2015. - Т. 10. - №. 6. - С. 522.

[2] Whitesides G. M., Grzybowski B. Self-Assembly at All Scales // Science. - 2002. - V. 295, № 5564. - P. 2418-2421

[3] Aviram A., Ratner M. A. Molecular rectifiers // Chemical Physics Letters. - 1974. - Т. 29. - №. 2. - С. 277-283.

[4] https://www. semiwiki. com/forum/content/6713-14nm- 16nm- 10nm-7nm-what-we-know-now.html (дата обращения: 14.02.2019).

[5] Heath J. R., Ratner M. A. Molecular electronics // Physics Today. - 2003. - Т. 56. - №. 5. - С. 4349.

[6] Joachim C., Gimzewski J. K., Aviram A. Electronics using hybrid-molecular and mono-molecular devices // Nature. - 2000. - Т. 408. - №. 6812. - С. 541.

[7] RoyaSambles J. et al. Rectifying characteristics of Mg|(C 16 H 33-Q3CNQ LB film)| Pt structures // Journal of the Chemical Society, Chemical Communications. - 1990. - №. 19. - С. 1374-1376.

[8] Wang W., Lee T., Reed M. A. Elastic and inelastic electron tunneling in alkane self-assembled monolayers. // J. Phys. Chem. B. - 2004. - Т. 108. - №. 48. - С. 18398-18407.

[9] Cui X. D. et al. Reproducible measurement of single-molecule conductivity // Science. - 2001. - Т. 294. - №. 5542. - С. 571-574.

[10] Dadosh T. et al. Measurement of the conductance of single conjugated molecules // Nature. -2005. - Т. 436. - №. 7051. - С. 677.

[11] Kushmerick J. G. et al. Metal-molecule contacts and charge transport across monomolecular layers: measurement and theory // Physical Review Letters. - 2002. - Т. 89. - №. 8. - С. 086802.

[12] Xiang D. et al. Mechanically controllable break junctions for molecular electronics // Advanced Materials. - 2013. - Т. 25. - №. 35. - С. 4845-4867.

[13] Schwarz F., Lortscher E. Break-junctions for investigating transport at the molecular scale // Journal of Physics: Condensed Matter. - 2014. - Т. 26. - №. 47. - С. 474201.

[14] Binnig G. et al. Surface studies by scanning tunneling microscopy // Physical Review Letters. -1982. - Т. 49. - №. 1. - С. 57.

[15] Limot L. et al. Atom transfer and single-adatom contacts // Physical Review Letters. - 2005. - Т. 94. - №. 12. - С. 126102.

[16] Hansen K. et al. Current-voltage curves of gold quantum point contacts revisited // Applied Physics Letters. - 2000. - Т. 77. - №. 5. - С. 708-710.

[17] Xu B., Xiao X., Tao N. J. Measurements of single-molecule electromechanical properties //Journal of the American Chemical Society. - 2003. - T. 125. - №. 52. - C. 16164-16165.

[18] Reed M. A. et al. Conductance of a molecular junction // Science. - 1997. - T. 278. - №. 5336. -C.252-254.

[19] Van Ruitenbeek J. M. et al. Adjustable nanofabricated atomic size contacts // Review of Scientific Instruments. - 1996. - T. 67. - №. 1. - C. 108-111.

[20] Agrait N., Yeyati A. L., Van Ruitenbeek J. M. Quantum properties of atomic-sized conductors // Physics Reports. - 2003. - T. 377. - №. 2-3. - C. 81-279.

[21] González M. T. et al. Electrical conductance of molecular junctions by a robust statistical analysis // Nano Letters. - 2006. - T. 6. - №. 10. - C. 2238-2242.

[22] Perrin M. L. et al. Large tunable image-charge effects in single-molecule junctions // Nature Nanotechnology. - 2013. - T. 8. - №. 4. - C. 282.

[23] Champagne A. R., Pasupathy A. N., Ralph D. C. Mechanically adjustable and electrically gated single-molecule transistors // Nano Letters. - 2005. - T. 5. - №. 2. - C. 305-308.

[24] Martin C. A. et al. A nanoelectromechanical single-atom switch // Nano Letters. - 2009. - T. 9. -№. 8. - C. 2940-2945.

[25] Martin C. A., van Ruitenbeek J. M., van der Zant H. S. J. Sandwich-type gated mechanical break junctions // Nanotechnology. - 2010. - T. 21. - №. 26. - C. 265201.

[26] Ballmann S., Weber H. B. An electrostatic gate for mechanically controlled single-molecule junctions // New Journal of Physics. - 2012. - T. 14. - №. 12. - C. 123028.

[27] Blech I. A., Meieran E. S. Direct transmission electron microscope observation of electrotransport in aluminum thin films // Applied Physics Letters. - 1967. - T. 11. - №. 8. - C. 263-266.

[28] Ho P. S., Kwok T. Electromigration in metals //Reports on Progress in Physics. - 1989. - T. 52. - №. 3. - C. 301.

[29] Ralls K. S., Ralph D. C., Buhrman R. A. Individual-defect electromigration in metal nanobridges // Physical Review B. - 1989. - T. 40. - №. 17. - C. 11561.

[30] Park H. et al. Fabrication of metallic electrodes with nanometer separation by electromigration // Applied Physics Letters. - 1999. - T. 75. - №. 2. - C. 301-303.

[31] Hadeed F. O., Durkan C. Controlled fabrication of 1-2 nm nanogaps by electromigration in gold and gold-palladium nanowires // Applied Physics Letters. - 2007. - T. 91. - №. 12. - C. 123120.

[32] Bolotin K. I. et al. Metal-nanoparticle single-electron transistors fabricated using electromigration // Applied Physics Letters. - 2004. - T. 84. - №. 16. - C. 3154-3156.

[33] Hoffmann R. et al. Conductance of gold nanojunctions thinned by electromigration // Applied Physics Letters. - 2008. - T. 93. - №. 4. - C. 043118.

[34] Stöffler D., Hoffmann-Vogel R. Enhanced positioning precision and in situ macroscopic contacts for shadow-evaporated nanostructures // Journal of Vacuum Science & Technology B, Nanotechnology and Microelectronics: Materials, Processing, Measurement, and Phenomena. -2015. - T. 33. - №. 1. - C. 013201.

[35] Prins F. et al. Room-temperature gating of molecular junctions using few-layer graphene nanogap electrodes // Nano Letters. - 2011. - T. 11. - №. 11. - C. 4607-4611.

[36] Mol J. A. et al. Graphene-porphyrin single-molecule transistors // Nanoscale. - 2015. - T. 7. - №. 31. - C. 13181-13185.

[37] El Abbassi M. et al. From electroburning to sublimation: substrate and environmental effects in the electrical breakdown process of monolayer graphene // Nanoscale. - 2017. - T. 9. - №. 44. - C. 17312-17317.

[38] Nef C. et al. High-yield fabrication of nm-size gaps in monolayer CVD graphene // Nanoscale. -2014. - T. 6. - №. 13. - C. 7249-7254.

[39] Guo X. et al. Covalently bridging gaps in single-walled carbon nanotubes with conducting molecules // Science. - 2006. - T. 311. - №. 5759. - C. 356-359.

[40] Cao Y. et al. Building High Throughput Molecular Junctions Using Indented Graphene Point Contacts // Angewandte Chemie. - 2012. - T. 124. - №. 49. - C. 12394-12398.

[41] Marquardt C. W. et al. Electroluminescence from a single nanotube-molecule-nanotube junction // Nature Nanotechnology. - 2010. - T. 5. - №. 12. - C. 863.

[42] Thiele C. et al. Fabrication of carbon nanotube nanogap electrodes by helium ion sputtering for molecular contacts // Applied Physics Letters. - 2014. - T. 104. - №. 10. - C. 103102.

[43] Qi P. et al. Miniature organic transistors with carbon nanotubes as quasi-one-dimensional electrodes // Journal of the American Chemical Society. - 2004. - T. 126. - №. 38. - C. 1177411775.

[44] Whalley A. C. et al. Reversible switching in molecular electronic devices // Journal of the American Chemical Society. - 2007. - T. 129. - №. 42. - C. 12590-12591.

[45] Wei D. et al. Real time and in situ control of the gap size of nanoelectrodes for molecular devices // Nano Letters. - 2008. - T. 8. - №. 6. - C. 1625-1630.

[46] Thiele C. et al. Controlled fabrication of single-walled carbon nanotube electrodes by electron-beam-induced oxidation // Applied Physics Letters. - 2011. - T. 99. - №. 17. - C. 173105.

[47] Roth S., Bleier H. Solitons in polyacetylene // Advances in Physics. - 1987. - T. 36. - №. 4. - C. 385-462.

[48] Roth S., Kaiser M., Reichenbach J. Conductivity and photoconductivity of conducting polymers // Physica Scripta. - 1992. - T. 1992. - №. T45. - C. 230.

[49] Mark J. E. et al. (ed.). Physical properties of polymers handbook. - New York : Springer, 2007. - Tn. 34. - C. 453.

[50] Sze S. M., Ng K. K. Physics of semiconductor devices. - John Wiley & Sons, 2006.

[51] Wang W., Lee T., Reed M. A. Mechanism of electron conduction in self-assembled alkanethiol monolayer devices // Physical Review B. - 2003. - T. 68. - №. 3. - C. 035416.

[52] Simmons J. G. Generalized formula for the electric tunnel effect between similar electrodes separated by a thin insulating film // Journal of Applied Physics. - 1963. - T. 34. - №. 6. - C. 1793-1803.

[53] Tomfohr J. K., Sankey O. F. Complex band structure, decay lengths, and Fermi level alignment in simple molecular electronic systems // Physical Review B. - 2002. - T. 65. - №. 24. - C. 245105.

[54] Akkerman H. B. et al. Electron tunneling through alkanedithiol self-assembled monolayers in large-area molecular junctions // Proceedings of the National Academy of Sciences. - 2007. - T. 104. - №. 27. - C. 11161-11166.

[55] Beebe J. M. et al. Transition from direct tunneling to field emission in metal-molecule-metal junctions // Physical Review Letters. - 2006. - T. 97. - №. 2. - C. 026801.

[56] Wingreen N. S., Jacobsen K. W., Wilkins J. W. Resonant tunneling with electron-phonon interaction: an exactly solvable model // Physical Review Letters. - 1988. - T. 61. - №. 12. - C. 1396.

[57] Glazman L. I., Shekhter R. I. Inelastic resonant tunneling of electrons through a potential barrier // Sov. Phys. JETP. - 1988. - T. 67. - C. 163.

[58] Landauer R. Spatial variation of currents and fields due to localized scatterers in metallic conduction // IBM Journal of Research and Development. - 1957. - T. 1. - №. 3. - C. 223-231.

[59] Gruter L. et al. Resonant tunnelling through a C60 molecular junction in a liquid environment // Nanotechnology. - 2005. - T. 16. - №. 10. - C. 2143.

[60] Poot M. et al. Temperature dependence of three-terminal molecular junctions with sulfur end-functionalized tercyclohexylidenes // Nano Letters. - 2006. - T. 6. - №. 5. - C. 1031-1035.

[61] Sui W., Li Y., Li J. C. Temperature dependent electron transport in oligo (3-methylthiophene) derivative molecular devices // Organic Electronics. - 2017. - T. 47. - C. 1-8.

[62] Zotti L. A. et al. Revealing the role of anchoring groups in the electrical conduction through single- molecule junctions // Small. - 2010. - T. 6. - №. 14. - C. 1529-1535.

[63] Akkerman H. B., de Boer B. Electrical conduction through single molecules and self-assembled monolayers // Journal of Physics: Condensed Matter. - 2007. - Т. 20. - №. 1. - С. 013001.

[64] Quek S. Y. et al. Length dependence of conductance in aromatic single-molecule junctions // Nano Letters. - 2009. - Т. 9. - №. 11. - С. 3949-3953.

[65] Venkataraman L. et al. Dependence of single-molecule junction conductance on molecular conformation // Nature. - 2006. - Т. 442. - №. 7105. - С. 904.

[66] Pauly F. et al. Density-functional study of tilt-angle and temperature-dependent conductance in biphenyl dithiol single-molecule junctions // Physical Review B. - 2008. - Т. 77. - №. 15. - С. 155312.

[67] Liang G. C. et al. Electrostatic potential profiles of molecular conductors // Physical Review B. -2004. - Т. 69. - №. 11. - С. 115302.

[68] Mujica V., Roitberg A. E., Ratner M. Molecular wire conductance: Electrostatic potential spatial profile // The Journal of Chemical Physics. - 2000. - Т. 112. - №. 15. - С. 6834-6839.

[69] Moisala A. et al. Single-walled carbon nanotube synthesis using ferrocene and iron pentacarbonyl in a laminar flow reactor // Chemical Engineering Science. - 2006. - Т. 61. - №. 13.

- С. 4393-4402.

[70] www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/652490 (дата обращения: 14.02.2019).

[71] Perrin M. L., Burzuri E., van der Zant H. S. J. Single-molecule transistors // Chemical Society Reviews. - 2015. - Т. 44. - №. 4. - С. 902-919.

[72] Lo W. Y. et al. Edge-on gating effect in molecular wires // Nano Letters. - 2015. - Т. 15. - №. 2.

- С. 958-962.

[73] Bruque N. A. et al. Conductance of a conjugated molecule with carbon nanotube contacts // Physical Review B. - 2009. - Т. 80. - №. 15. - С. 155455.

[74] Aguirre C. M. et al. Carbon nanotubes as injection electrodes for organic thin film transistors //Nano Letters. - 2009. - Т. 9. - №. 4. - С. 1457-1461.

[75] Bobrinetskii I. I., Nevolin V. K., Romashkin A. V. Quasi-one-dimensional molecular transistors based on polyaniline and carbon nanotubes as electrodes //Semiconductors. - 2012. - Т. 46. - №. 13. - С. 1593-1597.

[76] Maehashi K. et al. Formation of single quantum dot in single-walled carbon nanotube channel using focused-ion-beam technique // Applied Physics Letters. - 2007. - Т. 90. - №. 2. - С. 023103.

[77] Molapo K. M. et al. Electronics of conjugated polymers (I): polyaniline //International Journal of Electrochemical Science. - 2012. - Т. 7. - №. 12. - С. 11859-11875.

[78] Kwon O., McKee M. L. Calculations of band gaps in polyaniline from theoretical studies of oligomers // The Journal of Physical Chemistry B. - 2000. - T. 104. - №. 8. - C. 1686-1694.

[79] Fan Z. et al. ZnO nanowire field-effect transistor and oxygen sensing property // Applied Physics Letters. - 2004. - T. 85. - №. 24. - C. 5923-5925.

[80] Chen D., Lei S., Chen Y. A single polyaniline nanofiber field effect transistor and its gas sensing mechanisms // Sensors. - 2011. - T. 11. - №. 7. - C. 6509-6516.

[81] Xing X. et al. Essential differences of organic films at the molecular level via vacuum deposition and solution processes for organic light-emitting diodes // The Journal of Physical Chemistry C. -2013. - T. 117. - №. 48. - C. 25405-25408.

[82] Jensen S. A. et al. Ultrafast photoconductivity of graphene nanoribbons and carbon nanotubes // Nano Letters. - 2013. - T. 13. - №. 12. - C. 5925-5930.

[83] Emelianov A.V., Akhmadishina K.F., Romashkin A.V., Nevolin V.K., Bobrinetskiy I.I. Features of flexible transparent conducting films based on polyaniline-carbon nanotube composite // Technical Physics Letters. - 2015. - Vol. 41. - № 1. - P. 94-97.

[84] Carpenter M. A., Mathur S., Kolmakov A. (ed.). Metal oxide nanomaterials for chemical sensors. - Springer Science & Business Media. - 2012.

[85] Chiesa M. et al. Development of low-cost ammonia gas sensors and data analysis algorithms to implement a monitoring grid of urban environmental pollutants // Journal of Environmental Monitoring. - 2012. - T. 14. - №. 6. - C. 1565-1575.

[86] Ellis J. E., Star A. Carbon nanotube based gas sensors toward breath analysis // ChemPlusChem. - 2016. - T. 81. - №. 12. - C. 1248-1265.

[87] D'Amico A. et al. Olfactory systems for medical applications // Sensors and Actuators B: Chemical. - 2008. - T. 130. - №. 1. - C. 458-465.

[88] Di Natale C. et al. Solid-state gas sensors for breath analysis: A review // Analytica Chimica Acta. - 2014. - T. 824. - C. 1-17.

[89] Lu Y. et al. A carbon nanotube sensor array for sensitive gas discrimination using principal component analysis // Journal of Electroanalytical Chemistry. - 2006. - T. 593. - №. 1-2. - C. 105110.

[90] Peng G., Trock E., Haick H. Detecting simulated patterns of lung cancer biomarkers by random network of single-walled carbon nanotubes coated with nonpolymeric organic materials // Nano letters. - 2008. - T. 8. - №. 11. - C. 3631-3635.

[91] Oprea A., Barsan N., Weimar U. Ammonia detection mechanism with polyacrylic acid sensitive layers: Field effect transduction // Sensors and Actuators B: Chemical. - 2005. - T. 111. - C. 577581.

[92] Cai Q. Y., Jain M. K., Grimes C. A. A wireless, remote query ammonia sensor //Sensors and Actuators B: Chemical. - 2001. - T. 77. - №. 3. - C. 614-619.

[93] Christie S. et al. Remote detection of gaseous ammonia using the near infrared transmission properties of polyaniline // Sensors and Actuators B: Chemical. - 2003. - T. 90. - №. 1-3. - C. 163-169.

[94] Domansky K. et al. Development and calibration of field-effect transistor-based sensor array for measurement of hydrogen and ammonia gas mixtures in humid air // Analytical Chemistry. - 1998. - T. 70. - №. 3. - C. 473-481.

[95] Matsuguchi M., Okamoto A., Sakai Y. Effect of humidity on NH3 gas sensitivity of polyaniline blend films // Sensors and Actuators B: Chemical. - 2003. - T. 94. - №. 1. - C. 46-52.

[96] Bouhadid M. et al. Effect of humidity on ammonia gas sensitivity of intrinsically conducting composite films // Macromolecular symposia. - 2008. - T. 268. - №. 1. - C. 9-13.

[97] Merian T. et al. Ultra sensitive ammonia sensors based on microwave synthesized nanofibrillar polyanilines // Sensors and Actuators B: Chemical. - 2014. - T. 203. - C. 626-634.

[98] Pacher P. et al. A novel concept for humidity compensated sub-ppm ammonia detection // Sensors and Actuators B: Chemical. - 2010. - T. 145. - №. 1. - C. 181-184.

[99] Zhang T. et al. A gas nanosensor unaffected by humidity // Nanotechnology. - 2009. - T. 20. -№. 25. - C. 255501.

[100] Evans G. P. et al. Controlling the Cross-Sensitivity of Carbon Nanotube-Based Gas Sensors to Water Using Zeolites // ACS Applied Materials & Interfaces. - 2016. - T. 8. - №. 41. - C. 2809628104.

[101] Zhao J. et al. Gas molecule adsorption in carbon nanotubes and nanotube bundles // Nanotechnology. - 2002. - T. 13. - №. 2. - C. 195.

[102] Yamada T. Modeling of carbon nanotube Schottky barrier modulation under oxidizing conditions // Physical Review B. - 2004. - T. 69. - №. 12. - C. 125408.

[103] Peng N. et al. Sensing mechanisms for carbon nanotube based NH3 gas detection // Nano Letters. - 2009. - T. 9. - №. 4. - C. 1626-1630.

[104] Battie Y. et al. Thickness dependent sensing mechanism in sorted semi-conducting single walled nanotube based sensors // Analyst. - 2012. - T. 137. - №. 9. - C. 2151-2157.

[105] Asay D. B., Kim S. H. Evolution of the adsorbed water layer structure on silicon oxide at room temperature // The Journal of Physical Chemistry B. - 2005. - T. 109. - №. 35. - C. 16760-16763.

[106] Lechner B. A. J. et al. Solvation and reaction of ammonia in molecularly thin water films // The Journal of Physical Chemistry C. - 2015. - T. 119. - №. 40. - C. 23052-23058.

[107] Bradley K. et al. Charge transfer from ammonia physisorbed on nanotubes // Physical Review Letters. - 2003. - T. 91. - №. 21. - C. 218301.

[108] Shirvani B. B. et al. DFT study of NH3 (H2O) n= 0, 1, 2, 3 complex adsorption on the (8, 0) single-walled carbon nanotube // Computational Materials Science. - 2010. - T. 48. - №. 3. - C. 655-657.

[109] Lee C. Y., Strano M. S. Understanding the dynamics of signal transduction for adsorption of gases and vapors on carbon nanotube sensors // Langmuir. - 2005. - T. 21. - №. 11. - C. 51925196.

[110] Sheindorf C. H., Rebhun M., Sheintuch M. A Freundlich-type multicomponent isotherm // Journal of Colloid and Interface Science. - 1981. - T. 79. - №. 1. - C. 136-142.

[111] Pearson K. On lines and planes of closest fit to systems of points in space // The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. - 1901. - T. 2. - №. 11. -C. 559-572.

[112] Reimann P., Schütze A. Sensor arrays, virtual multisensors, data fusion, and gas sensor data evaluation // Gas Sensing Fundamentals. - Springer, Berlin, Heidelberg, 2013. - C. 67-107.

[113] Kong J. et al. Nanotube molecular wires as chemical sensors // Science. - 2000. - T. 287. - №. 5453. - C. 622-625.

[114] Liu S. F., Moh L. C. H., Swager T. M. Single-walled carbon nanotube-metalloporphyrin chemiresistive gas sensor arrays for volatile organic compounds // Chemistry of Materials. - 2015.

- T. 27. - №. 10. - C. 3560-3563.

[115] Kharitonov S. A., Barnes P. J. Biomarkers of some pulmonary diseases in exhaled breath // Biomarkers. - 2002. - T. 7. - №. 1. - C. 1-32.

[116] Cheng H. C. et al. High-quality graphene p- n junctions via resist-free fabrication and solution-based noncovalent functionalization //ACS Nano. - 2011. - T. 5. - №. 3. - C. 2051-2059.

[117] Liu H. et al. Photochemical reactivity of graphene // Journal of the American Chemical Society.

- 2009. - T. 131. - №. 47. - C. 17099-17101.

[118] Kiisk V. et al. Nanosecond laser treatment of graphene // Applied Surface Science. - 2013. - T. 276. - C. 133-137.

[119] Trusovas R. et al. Reduction of graphite oxide to graphene with laser irradiation // Carbon. -2013. - T. 52. - C. 574-582.

[120] Stöhr R. J. et al. All-optical high-resolution nanopatterning and 3D suspending of graphene // ACS Nano. - 2011. - T. 5. - №. 6. - C. 5141-5150.

[121] Yoo J. H. et al. Laser - Induced Direct Graphene Patterning and Simultaneous Transferring Method for Graphene Sensor Platform // Small. - 2013. - T . 9. - №. 24. - C . 4269-4275.

[122] Sahin R., Simsek E., Akturk S. Nanoscale patterning of graphene through femtosecond laser ablation // Applied Physics Letters. - 2014. - Т. 104. - №. 5. - С. 053118.

[123] Antonelou A., Dracopoulos V., Yannopoulos S. N. Laser processing of SiC: From graphene-coated SiC particles to 3D graphene froths // Carbon. - 2015. - Т. 85. - С. 176-184.

[124] Ye D. et al. Patterned graphene functionalization via mask-free scanning of micro-plasma jet under ambient condition // Applied Physics Letters. - 2014. - Т. 104. - №. 10. - С. 103105.

[125] Kuzmenko A. B. et al. Universal optical conductance of graphite // Physical Review Letters. -2008. - Т. 100. - №. 11. - С. 117401.

[126] Mak K. F., Lui C. H., Heinz T. F. Measurement of the thermal conductance of the graphene/SiO 2 interface // Applied Physics Letters. - 2010. - Т. 97. - №. 22. - С. 221904.

[127] Ghosh S. et al. Extremely high thermal conductivity of graphene: Prospects for thermal management applications in nanoelectronic circuits // Applied Physics Letters. - 2008. - Т. 92. -№. 15. - С. 151911.

[128] Yasaei P. et al. Bimodal phonon scattering in graphene grain boundaries //Nano Letters. - 2015. - Т. 15. - №. 7. - С. 4532-4540.

[129] Sokolov D. A. et al. Direct observation of single layer graphene oxide reduction through spatially resolved, single sheet absorption/emission microscopy // Nano Letters. - 2014. - Т. 14. -№. 6. - С. 3172-3179.

[130] Johansson A. et al. Chemical composition of two-photon oxidized graphene // Carbon. - 2017. -Т. 115. - С. 77-82.

[131] Zhang W. et al. Ti: sapphire femtosecond laser direct micro-cutting and profiling of graphene // Applied Physics A. - 2012. - Т. 109. - №. 2. - С. 291-297.

[132] Felten A. et al. Radio-frequency plasma functionalization of carbon nanotubes surface O 2, NH 3, and CF 4 treatments // Journal of Applied Physics. - 2005. - Т. 98. - №. 7. - С. 074308.

[133] Felten A. et al. Single- and Double- Sided Chemical Functionalization of Bilayer Graphene // Small. - 2013. - Т. 9. - №. 4. - С. 631-639.

[134] Das A. et al. Monitoring dopants by Raman scattering in an electrochemically top-gated graphene transistor // Nature Nanotechnology. - 2008. - Т. 3. - №. 4. - С. nnano. 2008.67.

[135] Tao H. et al. The morphology of graphene sheets treated in an ozone generator // The Journal of Physical Chemistry C. - 2011. - Т. 115. - №. 37. - С. 18257-18260.

[136] Kumar P. V. et al. Scalable enhancement of graphene oxide properties by thermally driven phase transformation // Nature Chemistry. - 2014. - Т. 6. - №. 2. - С. 151.

[137] Freitag M. et al. Photoconductivity of biased graphene // Nature Photonics. - 2013. - Т. 7. - №. 1. - С. 53.

[138] Lemme M. C. et al. Gate-activated photoresponse in a graphene p-n junction // Nano Letters. -2011. - Т. 11. - №. 10. - С. 4134-4137.

[139] Yu X. et al. A high performance, visible to mid-infrared photodetector based on graphene nanoribbons passivated with HfO2 // Nanoscale. - 2016. - Т. 8. - №. 1. - С. 327-332.

[140] Krauss B. et al. Laser-induced disassembly of a graphene single crystal into a nanocrystalline network // Physical Review B. - 2009. - Т. 79. - №. 16. - С. 165428.

[141] Du R. et al. Photoresponse in graphene induced by defect engineering // Applied Physics Express. - 2016. - Т. 9. - №. 11. - С. 115101.

[142] Yu X. et al. Photocurrent generation in lateral graphene pn junction created by electron-beam irradiation // Scientific Reports. - 2015. - Т. 5. - С. 12014.

[143] Han M. Y. et al. Energy band-gap engineering of graphene nanoribbons // Physical Review Letters. - 2007. - Т. 98. - №. 20. - С. 206805.

[144] Liang X. et al. Formation of bandgap and subbands in graphene nanomeshes with sub-10 nm ribbon width fabricated via nanoimprint lithography // Nano Letters. - 2010. - Т. 10. - №. 7. - С. 2454-2460.

[145] Sul O. et al. Reduction of hole doping of chemical vapor deposition grown graphene by photoresist selection and thermal treatment // Nanotechnology. - 2016. - Т. 27. - №. 50. - С. 505205.

[146] Thiyagarajan K., Saravanakumar B., Kim S. J. Gate-tunable photoresponse of defective graphene: from ultraviolet to visible // ACS Applied Materials & Interfaces. - 2015. - Т. 7. - №. 4.

- С. 2171-2177.

[147] Aumanen J. et al. Patterning and tuning of electrical and optical properties of graphene by laser induced two-photon oxidation // Nanoscale. - 2015. - Т. 7. - №. 7. - С. 2851-2855.

[148] Smits E. C. P. et al. Laser induced forward transfer of graphene // Applied Physics Letters. -2017. - Т. 111. - №. 17. - С. 173101.

[149] Wang W. H. et al. Distinct photoresponse in graphene induced by laser irradiation // Applied Physics Letters. - 2015. - Т. 106. - №. 2. - С. 021121.

[150] Kim Y. D. et al. Focused-laser-enabled p-n junctions in graphene field-effect transistors // ACS Nano. - 2013. - Т. 7. - №. 7. - С. 5850-5857.

[151] Freitag M., Low T., Avouris P. Increased responsivity of suspended graphene photodetectors // Nano Letters. - 2013. - Т. 13. - №. 4. - С. 1644-1648.

[152] Xu X. et al. Photo-thermoelectric effect at a graphene interface junction // Nano Letters. - 2009.

- Т. 10. - №. 2. - С. 562-566.

[153] Singh R. S. et al. Laser patterning of epitaxial graphene for Schottky junction photodetectors // ACS Nano. - 2011. - Т. 5. - №. 7. - С. 5969-5975.

[154] Lin L. et al. Building graphene p-n junctions for next-generation photodetection // Nano Today.

- 2015. - Т. 10. - №. 6. - С. 701-716.

[155] Bobrinetskiy I., Emelianov A., Nasibulin A., Komarov I., Otero N., Romero P. Photophysical and photochemical effects in ultrafast laser patterning of CVD graphene // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2016. - Vol. 49. - № 41. - P. 41LT01.

[156] Ott A. et al. Tunable D peak in gated graphene // Nano Research. - 2014. - Т. 7. - №. 3. - С. 338-344.

[157] Eckmann A. et al. Probing the nature of defects in graphene by Raman spectroscopy // Nano Letters. - 2012. - Т. 12. - №. 8. - С. 3925-3930.

[158] Pivovarov P. A. et al. Laser induced modification of mechanical properties of nanostructures: graphene-water adsorbate-substrate // Laser Physics. - 2016. - Т. 26. - №. 8. - С. 084002.

[159] Cheng H. C. et al. High-quality graphene p- n junctions via resist-free fabrication and solution-based noncovalent functionalization // ACS Nano. - 2011. - Т. 5. - №. 3. - С. 2051-2059.

[160] Sohs-Fernândez P. et al. Gate-tunable Dirac point of molecular doped graphene // ACS Nano. -2016. - Т. 10. - №. 2. - С. 2930-2939.

[161] Sokolowski-Tinten K. et al. Femtosecond laser-induced ablation of graphite // International Conference on Ultrafast Phenomena. - Optical Society of America. - 2000. - С. ThB5.

[162] Gabor N. M. et al. Hot carrier-assisted intrinsic photoresponse in graphene // Science. - 2011. -Т. 334. - №. 6056. - С. 648-652.

[163] Ma Q. et al. Competing channels for hot-electron cooling in graphene // Physical Review Letters.

- 2014. - Т. 112. - №. 24. - С. 247401.

[164] De Sanctis A. et al. Extraordinary linear dynamic range in laser-defined functionalized graphene photodetectors // Science Advances. - 2017. - Т. 3. - №. 5. - С. e1602617.

[165] Rose A. Concepts in photoconductivity and allied problems. - Interscience Publishers. - 1963.

[166] Bistritzer R., MacDonald A. H. Electronic cooling in graphene // Physical Review Letters. -2009. - Т. 102. - №. 20. - С. 206410.

[167] Koppens F. H. L. et al. Photodetectors based on graphene, other two-dimensional materials and hybrid systems // Nature Nanotechnology. - 2014. - Т. 9. - №. 10. - С. 780.

[168] Balandin A. A. Low-frequency 1/f noise in graphene devices // Nature Tanotechnology. - 2013.

- T. 8. - №. 8. - С. 549.

[169] Mak K. F., Lui C. H., Heinz T. F. Measurement of the thermal conductance of the graphene/SiO 2 interface // Applied Physics Letters. - 2010. - T. 97. - №. 22. - С. 221904.

[170] Roh Y., Kim K., Jung D. The Hysteresis Caused by Interface Trap and Anomalous Positive Charge in Al/CeO2-SiO2/Silicon Capacitors // Japanese Journal of Applied Physics. - 1997. - T. 36. - №. 12B. - C. L1681.

[171] Lee Y. G. et al. Fast transient charging at the graphene/SiO 2 interface causing hysteretic device characteristics // Applied Physics Letters. - 2011. - T. 98. - №. 18. - C. 183508.

[172] Song J. C. W. et al. Hot carrier transport and photocurrent response in graphene // Nano Letters. - 2011. - T. 11. - №. 11. - C. 4688-4692.

[173] Vora H. et al. Bolometric response in graphene based superconducting tunnel junctions // Applied Physics Letters. - 2012. - T. 100. - №. 15. - C. 153507.

[174] Wang H. et al. Hysteresis of electronic transport in graphene transistors // ACS Nano. - 2010. -T. 4. - №. 12. - C. 7221-7228.

[175] George P. A. et al. Ultrafast optical-pump terahertz-probe spectroscopy of the carrier relaxation and recombination dynamics in epitaxial graphene // Nano Letters. - 2008. - T. 8. - №. 12. - C. 4248-4251.

[176] Sun D. et al. Ultrafast relaxation of excited Dirac fermions in epitaxial graphene using optical differential transmission spectroscopy // Physical Review Letters. - 2008. - T. 101. - №. 15. - C. 157402.

[177] Cutler M., Mott N. F. Observation of Anderson localization in an electron gas // Physical Review. - 1969. - T. 181. - №. 3. - C. 1336.

[178] Zuev Y. M., Chang W., Kim P. Thermoelectric and magnetothermoelectric transport measurements of graphene // Physical Review Letters. - 2009. - T. 102. - №. 9. - C. 096807.

[179] Foster M. S., Aleiner I. L. Slow imbalance relaxation and thermoelectric transport in graphene // Physical Review B. - 2009. - T. 79. - №. 8. - C. 085415.

[180] Shim M. et al. Insights on charge transfer doping and intrinsic phonon line shape of carbon nanotubes by simple polymer adsorption // Journal of the American Chemical Society. - 2006. - T. 128. - №. 23. - C. 7522-7530.

[181] Chen G. et al. Chemically doped double-walled carbon nanotubes: cylindrical molecular capacitors // Physical Review Letters. - 2003. - T. 90. - №. 25. - C. 257403.

[182] Irimia- Vladu M. et al. Vacuum- Processed Polyaniline-C60 Organic Field Effect Transistors // Advanced Materials. - 2008. - T. 20. - №. 20. - C. 3887-3892.

[183] Lee S. Y. et al. Electronic transport characteristics of electrolyte-gated conducting polyaniline nanowire field-effect transistors // Applied Physics Letters. - 2009. - T. 95. - №. 1. - C. 013113.

[184] Ponomarenko S. A. et al. Synthesis of monochlorosilyl derivatives of dialkyloligothiophenes for self-assembling monolayer field-effect transistors // Organometallics. - 2010. - T. 29. - №. 19. -C. 4213-4226.

[185] Anokhin D. V. et al. Effect of molecular structure of a, a'-dialkylquaterthiophenes and their organosilicon multipods on ordering, phase behavior, and charge carrier mobility // The Journal of Physical Chemistry C. - 2012. - T. 116. - №. 43. - C. 22727-22736.

[186] Sizov A. S. et al. Easily Processable Highly Ordered Langmuir-Blodgett Films of Quaterthiophene Disiloxane Dimer for Monolayer Organic Field-Effect Transistors // Langmuir. -2014. - T. 30. - №. 50. - C. 15327-15334.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Акты о внедрении и патенты.

УТВЕРЖДАЮ Проректор МИЭТ ^по научной работе С.А. Гаврилов 2018 г.

акт

об использовании результатов диссертационной работы Емельянова Алексея Владимировича

Комиссия в составе: председатель Неволин В. К., члены комиссии: Ромашкин А. В. и Царик К. А., составили настоящий акт о том, что результаты диссертационной работы «Транспорт носителей заряда в наноразмерных каналах, сформированных углеродными нанотрубками, взаимодействующими с органическими молекулами» использованы в научных разработках и учебном процессе Национального исследовательского университета «МИЭТ» в следующем виде:

1. Результаты исследования транспорта носителей в наноразмерных молекулярных каналах, сформированных между углеродными нанотрубками, были использованы в учебном процессе по курсу «Нанотехнологии в электронике».

2. Полученные результаты исследований использованы при выполнении двух прикладных научно-исследовательских работ, проводимых в рамках реализации федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» в научно-образовательном центре «Зондовая микроскопия и нанотехнология»:

1. №14.578.21.0113, уникальный идентификатор КРМЕР157815Х0113, по теме «Разработка технологии формирования наноструктурированных пленок и покрытий трехмерных объектов методом аэрозольно-ультразвукового распыления коллоидных растворов для задач создания функциональных элементов микро- и органической электроники, а также композитных материалов».

2. №14.575.21.0125, уникальный идентификатор 11РМЕР157517X0125, по теме «Разработка технологии направленной модификации поверхности биосовместимых пластиков для увеличения ростовой активности клеток с целью сокращения периода интеграции импланта».

Председатель комиссии, руководитель НОЦ ЗМНТ, д.ф.-м.н., профессор

Члены комиссии: к.т.н., научный сотрудник

к.т.н., научный сотрудник

(Яш-

В. К. Неволин

А. В. Ромашкин К. А. Царик

■<Ю" мая 2018г.

"УТВЕРЖДАЮ" Проректор МИЭТ _Гаврилов С.А.

АКТ

об использовании результатов диссертационной работы Емельянова Алексея Владимировича

«Транспорт носителей заряда в наноразмерных каналах, сформированных углеродными нанотрубками, взаимодействующими с органическими

молекулами»

Настоящим подтверждается, что результаты научных и практических работ, полученные Емельяновым A.B. при подготовке диссертационной работы «Транспорт носителей заряда в наноразмерных каналах, сформированных углеродными нанотрубками, взаимодействующими с органическими молекулами» использовались при выполнении следующих проектов:

1. №14.578.21.0221, уникальный идентификатор RFMEFI57816X0221 «Исследование и разработка 3-D нанокомпозитных биоконструкций для обеспечения жизненного цикла клеточного материала и регенерации биотканей», проводимого в рамках реализации федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 - 2020 годы.

2. №14.578.21.0234, уникальный идентификатор RFMEFI57817X0234 «Разработка трехмерных тканеинженерных конструкций для регенерации клеток и органов сердечно-сосудистой системы.», проводимого в рамках реализации федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 - 2020 годы.

Профессор

института биомедицинских систем, "

д.ф.-м.н., профессор ^ ^ Терещенко С.А.

Главный научный сотрудник института биомедицинских систем,

д.ф.-м.н., профессор j.iJli ___^ Подгаецкий В.М.

Директор института биомедицинских систем,

д.ф.-м.н., профессор Селищев C.B.

«УТВЕРЖДАЮ»

Ген. директор ООО «Наносенсор»,

д.т.н.

УЩР 2018 г.

.И. Бобринецкий

АКТ

Об использовании в производственном процессе ООО «Наносенсор» научных результатов диссертационной работы на соискание учёной степени кандидата технических наук младшего научного сотрудника НОЦ ЗМНТ Емельянова A.B. на тему «Транспорт носителей заряда в наноразмерных

взаимодействующими с органическими молекулами».

В производственном процессе ООО «Наносенсор», при разработке интегральных химических сенсоров на основе углеродных нанотрубок и мультикомпонентных чипов на их основе, используются следующие результаты диссертационной работы Емельянова A.B.:

1. Технология формирования чувствительных слоев на основе плёнок нанотрубок и органических молекул.

2. Концепция распознавания летучих органических соединений в выдыхаемом человеке воздухе путём комплексного анализа изменения сопротивления массива сенсоров на основе углеродных нанотрубок и органических молекул.

каналах,

сформированных углеродными нанотрубками,

Инженер-разработчик

В.А. Петухов