مکانیسم رشد نانولوله ها برای تولید نانو ترانزیستور و نانو چیپ ها بر پایه دکترای نانو الکترونیک

پژوهشگر و نویسنده: دکتر (  افشین رشید )

نکته :در علوم نانو به ویژه نانو الکترونیک برای تولید نانو ترانزیستور و نانو چیپ ها از  نانو لوله کربنی به دلیل ویژگی های منحصر به فرد مانند خاصیت کشسانی، رسانایی، استحکام بالا مورد توجه زیادی قرار دارد. روش های تولید 

این نانو ساختارها به دو دسته کلی روش های مبتنی بر کربن جامد و کربن گازی تقسیم بندی می شود.

دو نکته مشترک در روش های تولید نانولوله بر مبنای منبع کربن جامد مانند سایش لیزری، تخلیه قوس الکتریکی و استفاده از محیط دما بالا (بین 0111 تا 0111 کلوین ) و فرسایش گرافیت جامد به عنوان منبع کربن است. علیرغم این مشترکات، مرفولوژی ، ریخت شناسی نانوساختار کربنی و بازدهی تولید نانولوله های کربنی با توجه به شرایط تجربی به طور محسوسی متفاوت است. قبل از ظهور نانولوله های کربنی، فولرین با استفاده از این روش ها تولید شد. تولید نانولوله های کربنی عالوه بر شرایط الزم برای تولید فولرین دمای بالا و غیاب اکسیژن ، مستلزم حضور کاتالیست نیز است.

درجه یونیزاسیون در نانو لوله ها برای تولید نانو ترانزیستور _ نانو چیپ ها

مکانیسم های مختلفی مانند فرآیند جدایش مولکول های کربنی و بازترکیب شدن اتم ها و غیره در این روش-های دما بالا درگیر هستند. سازوکار اصلی این روش ها انتقال انرژی از منبع تابش خارجی یک پرتو لیزر یا تابش منبع خورشیدی به ماده هدف می باشد. این امر منجر به فرسایش ماده هدف و متعاقباً تشکیل پالسما می شود. درجه یونیزاسیون پالسما اهمیت انتقال انرژی بین پالسما و ماده هدف را برجسته می کند. مشخصه پالسما و مخصوصا محدوده دمایی و غلظت گونه های مختلف موجود در پالسما نه تنها به ماهیت و ترکیب ماده هدف بلکه به میزان انرژی انتقال یافته نیز بستگی دارد.

برای تولید نانو ترانزیستور و نانو چیپ ها یکی از مزایای این روش ها، سهولت تغییر پارامترهای فرآیند و دستیابی به شرایط بهینه تولید نانولوله های کربنی می باشد. یک چالش عمده این روش ها، ناخالصی های موجود در محصولات است. نانولوله های کربنی همراه با سایر فازهای کربنی و باقیمانده کاتالیست تولید می شود. اکثر روش های خالص سازی موجود بر پایه اکسیداسیون مانند روش های بر پایه اسید است که بر ساختار نانولوله تک دیواره تاثیرگذار خواهد بود. یک رویکرد مطلوب برای خالص سازی، مصالح حرارتی در 0011 درجه تحت اتمسفر خنثی است.

روش های تولید نانو ترانزیستور و نانو چیپ ها با سایش لیزری  

صفحه گرافیتی حاوی کاتالیست در وسط لوله کوارتز حاوی گاز خنثی )مانند هلیوم و آرگون( قرار داده می-شود. سپس این سامانه در آون با دمای 0011 درجه قرار می¬گیرد. پرتو لیزر بر صفحه گرافیتی متمرکز شده و منجر به تبخیر سطحی یکنواخت صفحه می¬گردد. بخار کربنی با جریان گاز خنثی جاروب شده و مانند دوده روی سطوح مختلف شامل جمع¬کننده مسی سرد شده با آب، دیواره لوله کوارتز و انتهای صفحه گرافیتی رسوب میکند. این فرآیند به پارامترهای زیادی مانند مشخصه پرتو لیزری، دانسیته توان اعمالی، ماهیت هدف و محیط اطراف بستگی دارد. به عنوان مثال هدف جامد می تواند بسته به توان اعمالی صرفا گرم شده، ذوب و یا تبخیر شود. تاکنون رویکردهای متعددی برای بهبود بازدهی تولید نانولوله های کربنی و نانو ترانزیستورها  با سایش لیزری انجام شده است.

پژوهشگر و نویسنده: دکتر (  افشین رشید )