مکانیسم رشد نانو لوله ها growth base در(تولید و تکثیر و ارتقا نانو ترانزیستورها) بر پایه دکترای نانو _میکرو الکترونیک (دکترای آموزشی)
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید )
نکته: در تولید و تکثیر و ارتقای نانو ترانزیستورها ساخت نانو لوله ها بسیار مهم میباشد برای ساخت نانو لوله ها مهمترین اختلاف بین روش های مبتنی بر منبع گازی و جامد است. در CCVD معموال از دمای کم استفاده شده و نانولوله ها در دمای زیر 0111 درجه رشد می کنند.
بیش از یک مکانیسم می تواند بسته به نوع پیش مواد گازی، کاتالیست مورد استفاده و پارامترهای عملیاتی در رشد نانولوله کربنی دخیل باشد. مکانیسم انحالل-نفوذ-رسوب از رایجترین آنهاست که بیشتر در روش های دما پایین حاکم است. در این مکانیسم ، نانوذرات کاتالیستی از آلیاژهای فلزی یا فلزات واسطه )مانند نیکل، آهن و کبالت( به صورت کروی و یا شناور بر سطح زیرالیه در نظر گرفته می شوند. بخار هیدروکربنی (مانند CO ،CH4 ،C2H2 ،C2H4 و C2H6 ) وقتی با ذرات داغ کاتالیست تماس برقرار می کند به کربن و هیدروژن تجزیه شده و کربن در فلز بستر نفوذ می کند. وقتی اتم کربن در کاتالیزور به مقدار فوق اشباع رسید، رسوب و رشد نانولوله های کربنی آغاز می شود.
اگر تعامل کاتالیزور با بستر ضعیف باشد فلز با بستر دارای زاویه تماس حاد باشد ( نانولوله در پایین کاتالیزور ) (tip growth ) و اگر تعامل کاتالیزور با بستر قوی باشد فلز با بستر دارای زاویه تماس باز باشد، نانو لوله در بالای کاتالیزور رشد می کند (growth base) در حالت اول امکان تولید نانولوله با یک سر باز وجود دارد. شکل فیزیکی کربن رسوب کرده نانو لوله کربنی تک دیواره، چند دیواره، آمورف و الیه گرافیتی پوشش دهنده نانوذرات کاتالیست به عوامل زیادی مانند اندازه ذرات کاتالیستی، نرخ رسوب بستگی دارد. وقتی نرخ رسوب برابر و یا کمتر از نرخ نفوذ کربن است، الیه گرافیتی اطراف نانو ذرات کاتالیستی تشکیل می شود. وقتی نرخ رسوب بیشتر از نرخ نفوذ کربن است، نانولوله کربنی شکل می گیرد. اندازه نانو ذرات کاتالیستی نقش مهمی را در رشد نانولوله ها ایفا می کند ، عموما نانوذرات کاتالیستی با اندازه کوچک (کمتر از 01 نانومتر) برای هسته زایی و رشد نانولوله کربنی فعال هستند. اگر اندازه ذرات در حد یک نانومتر باشد، نانولوله تک دیواره شکل می گیرد. نانوذرات کاتالیستی با اندازه 01 تا 51 نانومتر منجر به رشد نانولوله چند دیواره می شوند. همچنین نانوذرات کاتالیستی با اندازه بزرگتر از 51 نانومتر با ورقه های آمورف گرافیتی پوشش داده می شوند.
گرافن به علت برخی خواص فیزیکی منحصر به فرد، کاربردهای گستردهای در حوزه الکترونیک دارد. بین این خواص، قابلیت تحرک ذرات باردار درون گرافن یا همان موبیلیتی که آن را با حرف μ نمایش میدهند بسیار پراهمیت است. مقدار موبیلیتی برای گرافن s.V/cm2100000 میباشد همچنین سرعت اشباع برای آن چیزی حدود 5×107 s/m گزارش شده است. مجموع این خواص، گرافن را به عنوان یک رسانای قوی جهت کاربردهای الکترونیکی از جمله کاربرد در ترانزیستورها مستعد ساخته است.
نتیجه گیری مکانیسم رشد نانو لوله ها growth base در(تولید و تکثیر و ارتقا نانو ترانزیستورها)
در تولید و تکثیر نانو ترانزیستورهای لوله ای روش های تولید نانولوله های کربنی به دو دسته کلی روش های مبتنی بر منبع کربنی جامد و گاز تقسیم بندی می شود. عموما روش های CCVD در مقایسه با منبع کربنی جامد از دمای پایین تری برای تولید نانولوله های کربنی استفاده می کنند. شناخت مکانیسم تولید نانولوله های کربنی به منظور بهینه سازی مشخصه های آن، در تولید نانو ترانزیستورها یک رویکرد بسیار مهم است. پارامترهای زیادی از قبیل اندازه ذارت کریستالی، نوع زیرلایه و نرخ رسوب در این مکانیسمها دخیل هستند. اندازه کاتالیست یکی از فاکتورهای مهم و تاثیرگذار بر مشخصه نانولوله کربنی تولید شده است و با تغییر آن می توان نانولوله های کربنی چند دیواره و تک دیواره تولید نمود. برخی از روش ها مانند قوس الکتریکی و قالب قابلیت تولید نانولوله های کربنی را در غیاب کاتالیست دارند که منجر به تولید محصولات با خلوص بالاتر می شوند.
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید )