Nghiên cứu tính chất và khả năng ứng dụng của ống nano carbon trong các thiết bị điện tử

Lời cảm ơn Khoá luận đ-ợc thực ĐH Vinh d-ới h-ớng dẫn thầy giáo TS Nguyễn Hồng Quảng Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc kính trọng thầy h-ớng dẫn ng-ời đà đặt vấn đề, h-ớng dẫn trình thực luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo khoa vật lý đà nhiệt tình giảng dạy, h-ớng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện tốt cho tác giả học tập hoàn thành khoá luận Tác giả xin cảm ơn gia đình, bạn bè tất bạn SV lớp 46B đà động viên, giúp đỡ tác giả suốt trình học tập làm khóa luận Xin chân thành cảm ơn! Vinh, tháng 05 năm 2009 Tác giả Võ thanh Mục lục Danh mục hình ảnh3 Các kí hiệu viết tắt.4 Mở đầu.5 Ch-ơng1 Các tính chất vật lý èng nano carbon … Sù ®êi cđa èng nano carbon……………………………… …… Đặc điểm cấu trúc ống nano carbon .8 Các phương pháp tổng hợp ống nano carbon 12 Tính chất vật lý ống nano carbon………………………… … 13 4.1 TÝnh chÊt c¬ häc…………………………………… 13 4.2 Tinh dÉn nhiÖt………………………………………………… 14 4.3 TÝnh chÊt ®iƯn tư……………………………………… .14 Một số khả ứng dụng ống nano carbon .20 Ch-¬ng 2: øng dơng cđa èng nano carbon lÜnh vùc ®iƯn tư …….21 øng dơng cđa èng nano carbon transistor hiƯu øng tr­êng… … 21 øng dơng cđa èng nano carbon làm nguồn phát xạ điện tử 27 3.øng dơng cđa èng nano carbon x©y dùng chun tiÕp p-n… … 32 øng dơng cđa èng nano carbon mạch tích hợp . 32 C¸c øng dơng kh¸c .36 KÕt luËn……………………………………………………………………… 37 Tµi liƯu tham kh¶o .39 Danh mục hình ảnh Hình Các dạng thù hình carbon Hình Các dạng ống nano carbon đa lớp7 Hình ảnh chụp cắt dọc nano carbon đơn lớp Hình Mô cấu trúc graphit Hình ống nano carbon từ cách cuộn tÊm graphit………………… .10 Hinh TÝnh chÊt c¬ häc cđa ống nano carbon12 Hình Cấu trúc vùng l-ợng ống nano carbon kim loại bán dẫn 13 Hình Hình ảnh vùng Briluin thứ èng nano carbon………………… 14 H×nh Sù phơ thc cđa tính chất điện tử vào cấu trúc ống nano carbon14 Hình 10 Đặc tr-ng I-V ống nano carbon bán dẫn.17 Hình 11 Đặc tr-ng I-V ống nano carbon kim loại 18 Hình 12 Cấu trúc MOSFET 21 H×nh 13 CÊu tróc cđa CNTFET………………………………………………… 22 H×nh 14 ¶nh chơp cỉng sau (Back gate) cđa CNTFET………………………… 23 H×nh 15 Đặc tuyến I-V CNTFET với điện cực kim loại Co 25 Hình 16 Súng phóng điện tử26 Hình 17 Nguồn phát xạ điện tử từ ống nano carbon. 27 Hình 18 Mật độ dòng phát xạ ống nano carbon đơn lớp 28 Hình 19 Đặc tun I-V cđa c¸c èng nano carbon kh¸c nhau…………………… 28 Hình 20 Khả phát xạ trường phụ thuộc vào mật độ29 Hình 21 Các điện tử phát xạ gần mức l-ợng Fermi.30 Hình 22 ảnh chụp ống nano carbon gắn sợi vàng.30 Hình 23 §Ỉc tun I-V cđa chun tiÕp p-n tõ mét èng nano carbon bán dẫn 31 Hình 24 Máy biến áp sử dụng ống nano carbon.32 Hình 25 Mạch logic sử dụng ống nano carbon33 Các kí hiệu viết tắt ViÕt t¾t Cnt s-Swnt m-swnt Fet Mosfet p-cntfet n-cntfet Stm Afm Sem Tem sb NghÜa tiÕng anh Carbon nanotube Semiconductor single walled carbon nanotube metallic single walled carbon nanotube Field effect transistor nghÜa tiÕng viÖt èng nano carbon èng nano carbon cã tÝnh b¸n dÉn èng nano carbon cã tÝnh kim lo¹i Transistor hiƯu øng tr-êng Metallic-oxideTransistor hiƯu øng semiconductor fet tr-ờng loại có cổng kim loại-oxit-bán dẫn Transistor hiệu øng p-type cntfet tr-êng tõ èng nano carbon lo¹i p Transistor hiÖu øng n-type cntfet tr-êng tõ èng nano carbon loại n Scanning tunnelling Kính hiển vi điện tử microscopy kiĨu qt ngÇm Atomic fora microscopy KÝnh hiĨn vi lùc nguyên tử Scanning electron Kính hiển vi điện tử microscopy kiĨu qt Transmission electron KÝnh hiĨn vi ®iƯn tư microscopy kiểu truyền qua Schottky barrier Rào cản Schottky Mở đầu Cùng với phát triển khoa học công nghệ đại, điện tử học có b-ớc phát triển v-ợt bậc Yêu cầu thiết bị ®iƯn tư lµ tèc ®é cao, kÝch th-íc gän nhĐ tiêu thụ l-ợng Muốn đạt đ-ợc điều chi tiết thiết bị phải nhỏ nhẹ phát nhiệt Tr-ớc silicon vật liệu chủ chốt thiết bị điện tử Tuy nhiên, đến lúc mà vật liệu silicon đạt đến giới hạn bé Yêu cầu đặt phải tìm đ-ợc loại vật liệu đáp ứng đ-ợc yêu cầu kích th-ớc tính chất phù hợp để thay cho silicon thiết bị điện tử Công nghệ nano đời nhằm phục vụ yêu cầu công nghệ đại Đối t-ợng ngành công nghƯ nµy lµ vËt liƯu nano vµ èng nano carbon đại diện xuất sắc loại vật liệu ống nano carbon đ-ợc phát lần vào năm 1991 nhà khoa học Nhật Bản Sumio Iijima Một cách tình cờ, làm thí nghiệm quan sát loại bụi hình thành bình phóng điện hồ quang, ông đà quan sát thấy vật có hình ống có đ-ờng cỡ nanomet chiều dài lớn gấp hàng ngàn lần (cỡ m) Với cấu trúc độc đáo ống nano carbon hứa hẹn có nhiều tính chất đặc biệt nhiều khả ứng dụng Ngay sau phát ống nano carbon đà tạo chấn động thu hót sù chó ý cđa rÊt nhiỊu nhµ khoa häc khắp nơi giới Ng-ời ta bắt đầu tập trung vào nghiên cứu cấu trúc, tính chất khả ứng dụng loại vật liệu Đặc biệt lĩnh vực đ-ợc quan tâm nhiều tính chất điện tử khả ứng dơng cđa èng nano carbon lÜnh vùc ®iƯn tư Với nhu cầu tìm hiểu tính chất độc đáo khả ứng dụng ống nano carbon, vật liệu nano lĩnh vực mẻ hứa hẹn nhiều điểm thú vị, đà chọn đề tài Nghiên cứu tính chất khả ứng dụng ống nano carbon thiết bị điện tử cho khoá luận tốt nghiệp đại học Tôi hi vọng qua việc làm luận văn đ-ợc tiếp cận với lĩnh vực mẽ với khoa học việt nam lĩnh vực công nghệ vật liệu nano Bằng việc tìm hiểu tài liậu liên quan, báo khoa học, thông qua ph-ơng pháp phân tích, tổng hợp, phân loại hệ thống hoá đà hoàn thành khoá luận Khoá luận bắt đầu với phần mở đầu, nội dung đ-ợc trình bày ch-ơng: Ch-ơng1 Trình bày tóm tắt phát ống nano carbon, cấu trúc hình học tính chất vật lý ống nano carbon Các tiềm ứng dụng ống nano carbon đ-ợc trình bày ch-ơng Phần chi tiết ứng dụng ống nano carbon thiết bị điện tử đ-ợc trình bày ch-ơng 2, điển hình ứng dơng cđa èng nano carbon transistor hiƯu øng tr-êng (CNTFET), mạch tích hợp, điốt Asaki nguồn phát xạ điện tử Phần kết luận tóm tắt kết đạt đ-ợc khoá luận Khoá luận kết thúc danh mục tài liậu tham khảo Sau nội dung khoá luận Ch-ơng C¸c tÝnh chÊt cđa èng nano carbon (carbon nanotube) Ngay sau đ-ợc phát ống nano carbon đà nhận đ-ợc quan tâm lớn nhà khoa học Ng-ời ta đà tập trung vào nghiên cứu cấu trúc tính chất vật lý ống nano carbon vµ nhËn thÊy r»ng èng nano carbon cã cấu trúc độc đáo với tính chất vật lý thú vị mà ch-a loại vật có loại vật liệu có đ-ợc 1.1 Sự đời ống nano carbon Do vị trí đặc biệt nguyên tố carbon bảng hệ thống tuần hoàn (carbon ë nhãm IV, cã nguyªn tư ë líp cùng) nên carbon khả tạo nhiều dạng liªn kÕt: Liªn kÕt kiĨu s, liªn kÕt kiĨu p liên kết lai s-p Sự phong phú cách liên kết cho phép carbon tồn d-ới nhiều dạng thù hình khác [hình 1] Hai dạng thù hình phổ biến carbon kim c-ơng than chì (graphit) đ-ợc phát từ lâu Vào năm 1985, nhóm nghiên cứu giáo s- Groto cộng phát dạng thù hình thứ ba carbon có dạng hình bóng, kí hiệu C60 gọi Buckball fullerene [1,2] Năm 1991, dạng thù hình thứ t- carbon đ-ợc phát nhà khoa học ng-ời Nhật Bản Sumio Iijima Đó cấu trúc có dạng ống đ-ợc tạo nguyên tử carbon gọi ống nano carbon[3,4,5] Sự phát đà gây ý nhà khoa học thời Rất nhiều nghiên cøu vỊ cÊu tróc cịng nh- tÝnh chÊt cđa lo¹i vật liệu đà nhanh chóng đ-ợc triển khai Hình Các dạng thù hình Carbon Từ trái qua phải lần l-ợt kim c-ơng, than chì (graphit), Buckminster fullerene, carbon nanotube 1.2 Đặc điểm cấu trúc ống nano carbon Năm 1992, nghiên cứu lý thuyết cấu trúc ống nano carbon đ-ợc công bố Về mặt hình học, hình dung ống nano carbon nh- đ-ợc tạo thành từ graphit cuộn tròn lại liền mạch khoảng cách lớp xác định d tt 0.34nm , loại đ-ợc gọi ống nano carbon đa lớp (MWNT) (Hình 2) Hình ảnh TEM chụp ống nano carbon đa lớp (ảnh bên trái: Hình ảnh mô cấu trúc ống nano carbon đa lớp này) Năm 1993, Iijima ng-ời phát hiƯn cÊu tróc cđa èng nano carbon chØ gåm lớp gọi ống nano carbon đơn lớp (SWNT) Hình Ba dạng cấu trúc SWNTs: a) zig-zag tube (9, 0); b) arm-chair tube (5, 5); and c) chiral tube (10, 5) [9] Mỗi lớp ống nano carbon đ-ợc hình dung nh- đ-ợc tạo graphit cuộn lại theo h-ớng xác định Tuỳ thuộc vào h-ớng nh- kích th-ớc ống đ-ợc tạo thành mà có dạng ống nano carbon khác Ng-ời ta phân biệt ba h-ớng: Armchair, zizzag, chiral (Hình 3) Các h-ớng đ-ợc xác định vectơ định h-ớng Ch hay gọi vectơ xoắn (Hình 4) Ch  n, m  na1  ma2 Trong ®ã: a1 , a vectơ đơn vị n,m số nguyên Hình ống nano carbon đơn lớp hình dung đ-ợc tạo cách cuộn graphit Tuỳ theo h-ớng cuộn mà hình thành nên cấu trúc ống nano carbon khác nhau: Armchai (n=m), zizzag (n m=0), chiral (còn lại) [6,7,8] NÕu n = m, vµ gãc chiral   30 ta cã èng armchair NÕu m = hc n=0, vµ gãc chiral   0 ta cã ống zizzag Các cách cuộn lại ta có ống chiral Với: góc xoắn chiral đ-ợc xác định bëi vect¬ chiral víi trơc chn a1   arctan 3m m  2n    §-êng kÝnh cđa ống đ-ợc xác định: D C a n nm  m    Trong ®ã, a a1 a2 độ dài vectơ đơn vị 10 Hình 15b, ta nhận thấy tỉ số dòng truyền cao ~ 106, điện trở giảm mạnh, ~30 k , độ dẫn gm = 3.4 10-7 A/V (0.34 S), đ-ờng kính s- CNT đ-ợc sử dụng ~ 1.4 nm [26] Dòng truyền ON Top-gate (cổng trên) tốt ~ 2100 A m VDS=VGS-VT=1.3 V [27] Trong dòng điều khiển cao thiết bị sư dơng Si P – CMOS ë cïng ®iỊu kiƯn 650 A m đạt đ-ợc cổng có chiều dài 50 nm [28] Độ dẫn CNTFET gm=2300 A m , cao nhiều so với thiÕt bÞ sư dơng Si P – CMOS (gm = 650 A m ) [28] 2.2 èng nano carbon lµm nguồn phát xạ điện tử Nguồn điện nguồn ngày trở nên quan trọng nghiên cứu sống hàng ngày Nguồn diện tử cách sử dụng phát xạ tr-ờng có tiềm lớn cho nhiều ứng dụng Phát xạ điện tử t-ợng bề mặt chất rắn chất lỏng phát điện tử gây tác dụng điện tr-ờng mạnh nhờ hiệu ứng xuyên ngầm (còn gọi hiệu ứng Tunnel) Hình 16 Súng phóng diện tử 27 Lâu để có nguồn phát xạ điện tử nh- đèn hình tivi, ống phát tia X phải dùng sợi đốt làm từ Vonfram nung nóng để phát nhiệt điện tử cách cho dòng điện chạy qua Nãi chung ngn nµy võa nãng võa cång kỊnh Giải pháp để khắc phục gì? Đó cần phải tìm nguồn phát xạ lý t-ởng Nguồn phát xạ lý t-ởng nguồn nh- nào? Nó phải rÊt dµi vµ rÊt máng, lµm b»ng vËt liƯu víi khí tính, sức mạnh cao giá rẻ, dễ dàng xử lýCó gần với ống nano carbon Từ năm 1998, ng-ời ta bắt đầu thúc đẩy nỗ lực để đ-a ống nano carbon vào thiết bị phát xạ điện tử Hình 17 ống nano carbon đ-ợc sử dụng làm nguồn phát xạ điện tử Từ nghiên cứu ng-ời ta đà nhận thấy hầu hết loại ống nano carbon nguồn phát xạ tốt Ng-ỡng tr-êng nhá nhÊt lµ V / m èng nano carbon có khả phát xạ với mật độ lên đến vài A/cm2 tr-ờng 10 V / m 28 hình 18 Đặc tuyến i-v SWNT Khoảng cách catot anot 125m , đó, mật độ đạt đ-ợc 10 mA cm 4.4V m [29] tiến hành nghiên cứu nhận thấy có số tham số tác động đến khả phát xạ điện tử ống nano carbon - Đầu tiên, cấu trúc hoá học bên đặc tính ống phát (đ-ờng kính, bề mặt) nh- đóng mở ống Thực thí nghiệm điều kiện cho MWNT đóng, MWNT mở, SWNT sợi catalitic Hình 19 Đặc tuyến I-V kh¸c cđa c¸c èng nano carbon kh¸c nhau[29] 29 NhËn thÊy r»ng , ®èi víi catalitic MWNT ®iƯn thÕ phát xạ cao Opened MWNT ( MWNT mở ) có điều đ-ờng kính họ cao mức trung bình Các MWNT mở có điện phát xạ cao MWNT closed (MWNT đóng) Mặt khác so sánh SWNT MWNT nhận thấy SWNT có điện phát xạ cao MWNT có đ-ờng kính nhỏ hơn, điều đ-ợc giải thích mật độ trạng thái ống nano carbon - Thứ hai, ảnh h-ởng mật độ định h-ớng ống lên khả phát xạ Thực nghiên cứu điều kiện, sử dụng SEM, nghiên cứu khả phát xạ điện tử MWNT có mật độ khác Nhận thấy mẫu có mật độ trung bình nguồn phát xạ điện tử thấp Các ống nano có mật độ dày đặc hiển thị điện cao Trong mẫu ống nano carbon có mật độ thấp nguồn phát xạ điện tử hiệu nhất, nguồn đ-ợc khai thác cho ứng dụng cần thiết Hình 20 Đ-ờng đặc tuyến V-I MWNT (trái) ứng với MWNT có mật độ khác (phải) đ-ợc thực hiƯn bëi SEM [30] 30 Thùc nghiƯm ®· chøng minh đ-ợc vùng l-ợng tham gia vào phát xạ, vùng l-ợng gần l-ợng Fermi cung cấp gần nh- tất electron phát Hình 21 Các điện tử đ-ợc phát xạ gần mức l-ợng Fermi Hình 22 Một nanotube gắn sợi vàng [29] 31 2.3 Chuyển tiếp p-n làm tõ SWNT HiƯu øng mµ r  du  đ-ợc gọi hiệu ứng Asaki Hiệu ứng đ-ợc dùng di chế tạo điốt, gọi điốt Asaki Điôt Asaki đ-ợc chế tạo từ sợi SWNT đặt đế SiO2 Sau đặt cực nguồn cực máng dòng máng hàm điện áp cổng VG Sợi SWNT đà đ-ợc pha tạp cách tự phát không khí thành bán dẫn loại P, điều đ-ợc khẳng định đặc tính I-V (hình 23) Dòng máng tăng điện áp cổng nhỏ Hình 23 Đặc tuyến I-V transistor l-ỡng cùc sư dơng èng nano carbon b¸n dÉn 2.4 C¸c mạch tích hợp từ ống nano carbon Để phát triển ph-ơng pháp chế tạo hai loại p-CNTFET n-CNTFET cần phải tạo mạch tích hợp bên Tầm quan trọng cổng logic hình thành nên tảng logic máy tính Ph-ơng pháp tối -u hình thành nên mạch điện có liên quan đến việc sử dụng bán dẫn bổ sung, là, hai loại p n gọi mạch bù Các mạch bù có nhiều -u mạch điện logic dựa điện trở/FET loại đơn, gọi công nghệ logic tỉ lệ Đặc biệt chúng tiêu thụ l-ợng, có lợi tránh đ-ợc thay đổi bất th-ờng đặc điểm FET, dễ dàng đ-ợc thực với mạch tích hợp Kết là, công nghệ bù chiếm -u hẳn so với công nghệ silicon Một ví dụ đơn giản cổng logic máy đổi điện áp cổng không Như tên gọi, mạch điện 32 đảo ng-ợc dấu hiệu điện áp đầu vào, cách kết hợp điện áp âm với logic, điều ẩn chứa logic ngược lại Cổng ba mạch điện mà tõ chóng cã thĨ xt ph¸t c¸c cỉng logic kh¸c Hình 24 thể tạo thành máy đổi điện dựa hai CNTFET Hình 24 Chế tạo máy đổi điện áp cổng không cách sử dụng hai CNTFET (a) sơ đồ mạch điện, (b) sau nung chân không hai loại p-n CNTFET trở thành loại, (c) n-CNTFETs đ-ợc tiếp xúc với oxi chuyển đổi trở lại thành p-CNTFETs nh-ng CNTFETs đ-ợc bảo vệ loại n, (d) đặc điểm kết đổi điện phân tử (V= 1.5 V).[31] Đối với CNTFET, cấp độ tích hợp liên quan đến xây dựng mạch tích hợp dọc theo chiều dài ống nano carbon, tạo thành mạch logic nội phân tử [hình 21] 33 H×nh 25.(a) CÊu tróc mét CMOS tõ CNTFET, (b) Đặc tr-ng VON-VOUT CNTFET Toàn thiết bị đ-ợc bao bọc PMMA [31] Trong đó, PMMA vật liệu ngăn tiếp xúc thiết bị bên Trong hình 25, sau cửa đ-ợc mở Kali đ-ợc sử dụng để kích thích phần ống nano carbon thông qua cửa để tạo n-CNTFET, phần lại đ-ợc bảo vệ PMMA giữ nguyên loại-p Các đ-ờng cong hình 25b chứng minh mạch điện hoạt động cổng logic nội phân tử “NOT” 2.5 C¸c øng dơng kh¸c cđa èng nano carbon 2.5.1 ống nano carbon chứa hidro làm pin nhiên liệu Lâu ô tô chạy xăng gây ô nhiễm nghiêm trọng buộc nhà khoa học phải tìm đến nguồn nhiên liệu hơn, có hidro dễ kiếm hoàn toàn không độc hại Tuy nhiên việc chứa hidro lỏng bình áp suất cao th-ờng cồng kềnh nguy hiểm 34 Giải pháp có tính đột phá dùng ống nano carbon có đ-ờng kính gấp 2-3 lần đ-ờng kính nguyên tử hidro Hidro chui vào bên trong, bám vào thành ống nh- xen lẫn ống L-ợng hidro hấp thụ phụ thuộc vào áp suất nhiệt độ, nên nguyên tắc ng-ời ta thay đổi áp suất nhiệt độ, bơm hidro vào ®Ĩ chøa, hay ®Èy hidro ®Ĩ sư dơng ý t-ởng sử dụng hidro làm pin nhiên liệu đ-ợc quan tâm không Với ph-ơng tiện nh- máy ảnh, điện thoại, máy tính xách tay xu dùng pin nhiên liệu giúp ng-ời ta nạp lại cách cắm điện mà việc đổ nhiên liệu vào Trong loại pin nhiên liệu pin sư dơng hidro cã nhiỊu triĨn väng nhÊt vµ vật liệu tốt để làm pin ống nano carbon Víi èng carbon cã thĨ dïng lµm dung dịch chứa hidro, 1gam dung dịch chứa đến 10 lít hidro, t-ơng đ-ơng với mật độ l-ợng điện 17000Wh/kg Với nửa lít dung dịch chứa hidro rót vào pin nhiên liệu đủ để máy tính xách tay 20w hoạt động liên tục tháng 2.5.2 Vật liệu tổng hợp từ ống nano carbon Dùng ống nano carbon trộn với polyme có đ-ợc vật liệu tổng hợp tinh vi tinh vi vật liệu tổng hợp sợi carbon, đặc biệt t-ơng thích với thể sống Riêng composit dẫn điện ống carbon nanotube nhỏ, cứng, đàn hồi nên trộn, gia công ống nano carbon bị gÃy, tính chất dẫn điện composit đ-ợc đồng vi mô Đặc biệt pha trộn ống nano carbon vào polyme PPV, độ dẫn điện tăng lên bậc, hiệu suất quang, huỳnh quang đảm bảo tốt, tính lại bền nhiều lần so với PPV không trộn 2.5.3.ống nano carbon làm đầu dò cảm ứng ống nano carbon nhỏ cứng nên đ-ợc dùng làm mủi dò kiểu kim nhọn kÝnh hiĨn vi Tunen hay hiĨn vi lùc nguyªn tư Nhờ kim cứng nhọn thăm dò, nghiên cứu sinh vật tốt, chí chọc thủng tế bào để đ-a nguyên tử, phân tử vào bên khả ®-ỵc øng dơng nhiỊu lÜnh vùc y tÕ Sư dụng ống nano carbon để đ-a thuốc vào bên thể 35 Không truyền điện với tốc độ cao, ống nano carbon phát thay đổi điện với độ xác nhiều so với bóng bán dẫn silicon, điều cho phép ống nano hoạt động giống nh- cảm biến với độ phản ứng mạnh Vì thế, ví dụ, ng-ời ta cã thĨ thiÕt kÕ ®Ĩ mét èng nano nhËn dạng đ-ợc tín hiệu yếu mà phân tử hoá chất phát Tóm lại với cấu trúc nhiỊu tÝnh chÊt vËt lý thó vÞ èng nano carbon hứa hẹn có nhiều tiềm ứng dụng nhiều lĩnh vực Tuy nhiên øng dơng ®ã cđa èng nano carbon míi chØ thùc đ-ợc phòng thí nghiệm Những nghiên cứu góp phần thực hoá tiềm øng dơng to lín cđa èng nano carbon Hy väng ngày không xa thấy đ-ợc sản phẩm th-ơng mại hoá đ-ợc làm từ ống nano carbon 36 Kết luận Khoá luận đà trình bày cấu trúc, tính chất khả ứng dụng ống nano carbon Trong khoá luận đặc biệt sâu tìm hiểu tính chất điện tử ống nano carbon khả ứng dụng ống nano carbon thiết bị điện tử Qua trình nghiên cứu nhận thấy ống nano carbon loại vật liệu có cấu trúc tính chất kì diệu mà ch-a vật liệu sánh kịp Sự đời ống nano carbon đà tạo đột phá cho ngành khoa học công nghệ, mở viƠn ¶nh cho mét nỊn khoa häc míi víi nhiỊu khả ứng dụng ống nano carbon có dạng ống với đ-ờng kính cỡ nm chiều dài lên tới m , điều tạo cho có tính chất kì diệu, tính dẫn nhiệt tốt Đặc biệt cấu trúc tính chất điện tử thú vị Tức ng-ời ta có thĨ thay ®ỉi tÝnh chÊt cđa èng nano carbon b»ng trình xử lý Các ống nano carbon có tính kim loại thể đặc tính chí v-ợt nhiều so với kim loại tốt nhÊt, c¸c èng nano carbon cã tÝnh b¸n dÉn thĨ đ-ợc chứng minh v-ợt trội so với bán dẫn tốt CNT kim loại bán dẫn tuỳ thuộc vào đ-ờng kính ống cách cuộn graphit Các đặc tính v-ợt trội đ-a èng nano carbon trë thµnh vËt liƯu triĨn väng cho lĩnh vực, đặc biệt lĩnh vực điện tử Khoá luận tập trung trình bày khả ứng dơng cđa èng nano carbon mét sè thiÕt bÞ điện tử điển hình, cụ thể khả ứng dụng transistor hiệu ứng tr-ờng, mạch logic, sử dụng ống nano carbon làm nguồn phát xạ điện tử, hay việc chế tạo điốt Asaki Dự đoán ống nano carbon đ-ợc sử dụng để thay cho silicon thiết bị điện tử t-ơng lai không xa Mặc dù ống nano carbon vật liệu đầy triển vọng dành cho điện học phân tử, nhiên nhiều thách thức tr-ớc chúng đ-ợc ứng dụng thành công cách rộng rÃi Phần lớn thách thức liên quan đến việc tổng hợp, phân tích tạo thành ống nano carbon Cụ thể ống nano carbon đ-ợc tạo thành bó với tính chất kim loại 37 bán dẫn lẫn lộn ống nano carbon riêng lẻ, việc tách bó thành ống riêng lẻ có tính chất xác định để đ-a vào ứng dụng phức tạp Vì vậy, nhà khoa học khắp nơi giới tiếp tục nghiên cứu để tìm cách đ-a ống nano carbon vào ứng dụng rộng rÃi 38 Tài liệu tham khảo [1] H W Kroto, et al., "C60: Buckminsterfullerene" Nature, vol 318: p 162 - 163 (1985) [2] L Mihaly, "Fullerenes and Carbon Nanotubes" Dekker Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology, Edited by J A Schwarz, C I Contescu, K Putyera, vol 2: p 1203-1209 (2004) [3] S Iijima, “Helical microtubules of graphitic carbon,” Nature, vol 354, pp 5658, 1991 [4] S Iijima and T Ichihashi, “Single-shell carbon nanotubes of nm diameter,” Nature, vol 363, pp 603-605, 1993 [5] D S Bethune, C H Kiang, M S Devries, G Gorman, R Savoy, J Vaszquez, and R Beyers, “Cobalt-catalyzed growth of carbon nanotubes with single atomic layer walls,” Nature, vol 363, pp 605-607, 1993 [6] Carbon Nanotubes: Synthesis, Structure Properties and Applications; Dresselhaus,M S., Dresselhaus, G., Avouris, Ph., Eds.; Springer-Verlag: Berlin, 2001 [7] Special issue on carbon nanotubes; Physics World, 13 (6), June2000 [8] Collins, P G.; Avouris, Ph Nanotubes for Electronics Sci Am 2000, 283, 3845 [9]Http://www.weizmann.ac.il/wagner/COURSES/Reading%20material%20(papers )/Encyclopedy_of_polymer_science_2003.pdf [10]M R Falvo, et al., "Bending and buckling of carbon nanotubes under large strain" Nature, vol 389 (6651): p 582-584 (1997) [11] J W Wildoer, L C Venema, A G Rinzler, R E Smalley, and C Dekker, “Electronic structure of atomically-resolved carbon nanotubes,” Nature, vol 391, pp.2 59-62, 2001 39 [12] T W Odom, J L Huang, P Kim, and C M Lieber, “Atomic structure and electronic properties of single-walled nanotubes,” Nature, vol 391, pp 62-64, 2001 [13] Mintmire, J W.; Dunlap, B I.; White, C T Are Fullerene Tubules Metallic Phys Rev Lett 1992, 68, 631-634 [14] Dresselhaus, M S.; Dresselhaus, G.; Saito, R Carbon Fibers Based on C60 and their Symmetry Phys Rev B 1992, 45, 6234-6242 [15] Chae, H.G.; Kumar, S (2006) "Rigid Rod Polymeric Fibers" Journal of Applied Polymer Science 100:791-802: 791 [16] Demczyk, B.G.; Wang Y.M., Cumings J., Hetman M., Han W., Zettl A., Ritchie R.O (2002) "Direct mechanical measurement of the tensile strength and elastic modulus of multiwalled carbon nanotubes" Materials Science and Engineering a 334:173-178: 173 [17]T W Odom, et al., "Atomic structure and electronic properties of singlewalled carbon nanotubes" Nature, vol 391: p 62-64 (1998) [18] Y Imry and R Landauer, “Conductance viewed as transmission,” Rev Mod Phys., vol 71, pp S306-S312, 1999 [19] S Data, Electronic Transport in Mesoscopic Systems Cambridge, U.K.: Cambridge Univ Press, 1995 [20]Martel, R.; Schmirdt, T.; Shea, H R.; Hertel, T.; Avouris, Ph Single and Multi-Wall Carbon nanotube Field – Effect Transistor Appl Phys Lett 1998, 73, 2447- 2449 [21] Meo, S.B.; Andrews R (2001) "Carbon Nanotubes: Synthesis, Properties, and Applications" Crit Rev Solid State Mater Sci 26(3):145-249: 145 [22] Rochefort, A.; DiVentra, M.; Avouris, Ph Switching Behavior of Semiconducting Carbon Nanotubes under an External Electric Field Appl Phys Lett 2001, 78, 2521-2523 [23] Appenzeller, J.; Koch, J.; Derycke, V.; Martel, R.; Wind, S.; Avouris, Ph Field-Modulated Carrier Transport in Carbon Nanotube Transistors 40 Phys Rev Lett., 2000, submitted [24] Tans, S.; Verschueren, S.; Dekker: C Room-Temperature Transistor Based on Single Carbon Nanotube Nature (London) 1998, 393, 49-52 [25] Demczyk, B.G.; Wang Y.M., Cumings J., Hetman M., Han W., Zettl A., Ritchie R.O (2002) "Direct mechanical measurement of the tensile strength and elastic modulus of multiwalled carbon nanotubes" Materials Science and Engineering a 334:173-178: 173 [26] Thess, A., et al Crystalline Ropes of Metallic Carbon nanotube Science 1996, 273, 483-487 [27] Rochefort, A.; Diventra, M.; Avouris, Ph Switching Behavior of Semiconducting Carbon nanotube under an External Electronic Field Appl Phys Lett 2001, 78, 2447-2449 [28] Chau, R et al A 50 nmDepleted- Subtrate CMOS transistor Proc IEDM 2001, 45-48 [29] Tõ Bonard et al, Appl Phys A69, 245 (1999) [30] Bonard et al.,göi vµo Adv Mater (2002) [31] Derycke, V.; Martel, R.; Appenzeller, J.; Avouris, Ph Carbon Nanotube Inter- and Intramolecular Logic Gates Nano Lett 2001, 1, 453-456 41 ... chất điện tử vô độc đáo Các tính chất ống nano carbon đ-ợc định cấu trúc ống Tuỳ thuộc vào điều kiện xử lý mà tính chất ống nano carbon khác 1.4.1 Tính chất học Các nghiên cứu tính chất học ống. .. tắt phát ống nano carbon, cấu trúc hình học tính chất vật lý ống nano carbon Các tiềm ứng dụng ống nano carbon đ-ợc trình bày ch-ơng Phần chi tiết ứng dụng ống nano carbon thiết bị điện tử đ-ợc... ống nano carbon Trong khoá luận đặc biệt sâu tìm hiểu tính chất điện tử ống nano carbon khả ứng dụng ống nano carbon thiết bị điện tử Qua trình nghiên cứu nhận thấy ống nano carbon loại vật liệu