مکانیسم رشد نانو لوله ها CCVD در تولید (نانو ترانزیستور _ نانو چیپ ها) مهندسی نانو _ میکرو الکترونیک
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید )
نکته : در علوم نانو و نانو الکترونیک ساختار محاسبات مواد، چقرمگی شکست یا تافنس شکست خاصیتی است که مقاومتی را که اجسام دارای شکاف در برابر شکست نشان میدهند توصیف میکند. این پارامتر برای همه کاربردهای طراحی جامدات، مهم است و با KIc نشان داده میشود. چقرمگی شکست یک روش محاسباتی برای شکست ترد است در زمانی که در ماده ترک وجود داشته باشد. اگر چقرمگی شکست یک ماده کم باشد، آن ماده به صورت ترد می شکند و هرچه چقرمگی شکست بالاتر روداحتمال شکست نرم افزایش می یابد.
دما 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 انحلال-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 زیرلایه 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 (tipgrowth) و اگر تعامل کاتالیزور با بستر قوی باشد فلز با بستر دارای زاویه تماس باز باشد. نانولوله 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 نانولوله کربنی تک دیواره، چنددیواره، 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 نانوذرات کاتالیستی تشکیل می شود. وقتی نرخ رسوب بیشتر از نرخ نفوذ کربن است، نانولوله کربنی شکل می گیرد. اندازه نانوذرات 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 01تا 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. و ساخت چیپ ها و نانو ترانزیستور ها نمایی از تاثیر ساختار کریستالی کاتالیست را بر شکل و ساختار نانورشته کربنی میباشد.
تعریفهای مختلفی ازتغییر در ساختار مواد برای تولید چیپ ها و اِلمان های الکترونیکی علم نانو (nanoscience )ارائه شده است.
علم نانو الکترونیک مطالعه پدیده ها ودستکاری مواد در مقیاسهایی در ابعاد اتمی، مولکولی و ماکرومولکولی است که منجر به تغییر شدید خواص مواد )نسبت به مواد در ابعاد بزرگ میشود.
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید )