Ông nanođ Cacbon (Carbon NanoTube - CNT) do Sumio Lijima cụa phòng thí nghieơm NEC Tsukuba phát hieơn trong nghieđn cứu veă dađy đôt cacbon cụa HRTEM. CNT có theơ xem như moơt dại baíng caĩt từ maịt phẳng grafit (được gĩi là graphen) và cuoơn thành hình trú lieăn roêng (Hình 1.11). Vì trong grafit, các nguyeđn tử cacbon táo neđn moơt máng sáu cánh. Chúng được saĩp xêp theo hình tam giác vì hydrua hóa sp2 cụa chúng. Trong khi đó CNT là hydrua sp2 tinh khiêt và moơt sô sp3 pha troơn vào do đoơ cong cụa máng.
Với đường kính từ 1 đên 10 nm, hình trú CNT có theơ có chieău dài 10 microđmét. Các đaău có theơ được mở hoaịc bịt kín baỉng nửa phađn tử trong trường hợp cụa ông nanođ đôi xứng cao. Ngoài ông nanođ tường đơn (Single-Wall Nanotube, SWNT), còn có ông nanođ nhieău tường (Multi-Wall Nanotube, MWNT) bao goăm nhieău hình trú được loăng đoăng trúc vào nhau. Theđm vào đó, các dađy CNT thường được nôi nhau. Những dađy này là các bó tự kêt hợp xêp song song cụa những ông nanođ.
CNT đang được nghieđn cứu phát trieơn ứng dúng vào nhieău lĩnh vực [27] như chư thị phát xá trường, nguoăn sáng, boơ suy giạm, cạm biên và pin [6].
Veă maịt hình hĩc, câu trúc cụa CNT được mođ tạ baỉng vectơ chu vi hay vectơ Chi Ch bieơu dieên chu vi toàn phaăn cụa ông. Nó được xác định baỉng (1.10).
Ch = na1 + ma2 (1.10)
Ở đađy a1 và a2 là vectơ đơn vị trong máng sáu cánh, n và m là những sô nguyeđn. Ch cũng xác định vectơ truyeăn cụa Ph bieơu dieên tính tuaăn hoàn cụa ông song song với trúc ông. Hơn thê nữa, nó định vị cái gĩi là góc Chi là góc giữa Ch và a1. Nêu n hoaịc m baỉng zeđrođ, góc Chi baỉng 00 và câu trúc được gĩi là hình chữ chi. Nêu n = m, góc Chi baỉng 300 và câu trúc được gĩi là câu trúc ghê bành (Hình 1.12).
Veă maịt đieơn tử, CNT có câu trúc vĩ mođ dĩc theo trúc ông nhưng chu vi là kích thước vi mođ (cỡ nguyeđn tử). Do đó, veă maịt cơ hĩc lượng tử, maơt đoơ các tráng thái cho phép theo hướng trúc sẽ cao hơn theo hướng chu vi. Tính chât bán dăn hay tính kim lối cụa CNT được đieău khieơn baỉng vectơ Ch và do đó, baỉng quan heơ cụa n và m [8].
CNT mang tính kim lối khi
n - m = 3q (1.11)
Ở đađy q là moơt sô nguyeđn.
CNT kim lối có moơt maơt đoơ dòng cực đái cao hơn nhieău so với kim lối đa tinh theơ. Đieău này được xác nhaơn trong nhieău cođng bô ở đó maơt đoơ dòng leđn tới 1010 A/cm2. Trong khi đó, các dađy nôi baỉng đoăng bị hỏng tái maơt đoơ dòng ∼ 107 A/cm2. Kêt quạ này chư ra raỉng ông cacbon có đoơ beăn cao hơn nhieău so với kim lối.
Ông nanođ cacbon bán dăn có theơ hốt đoơng trong câu hình giông với MOSFET silic. Các đieơn tử dư được định vị lái và hình thành heơ thông đieơn tử - π có đoơ dăn đieơn cao. Khi đaịt moơt đieơn cực táo đieơn trường cánh ông nanođ ta có theơ chi phôi đoơ dăn cụa nó baỉng cách tích luỹ hay làm nghèo đieơn tử sao cho maơt đoơ đieơn tử là khođng quá cao (ông là bán dăn). Câu hình này được gĩi là CNTFET tương tự transistor trường silic. Đaịc trưng đieơn cụa ông nanođ phú thuoơc mánh vào sự đôi xứng cụa nó, đường kính và pha táp. Các CNTFET có theơ được đieău khieơn baỉng cách chĩn câu trúc hình hĩc thích hợp cụa CNT. Ông bán dăn tường đơn là thích hợp nhât cho CNTFET vì heơ thông đieơn tử cụa nó khođng có đường rẽ do các vỏ beđn trong.
Có theơ táo các FET baỉng ông nanođ cacbon. Đơn giạn nhât là đaịt moơt ông nanođ tređn đưnh cụa moơt xuyên silic được phụ baỉng lớp đieơn mođi điođxit silic. Sau khi tiêp xúc cạ hai đaău cụa ông nanođ với moơt đieơn cực thích hợp ta có theơ áp moơt thê coơng tái khôi silic hốt đoơng như moơt đieơn cực coơng toàn theơ. Tans và coơng sự [32] là người đaău tieđn phát hieơn ra linh kieơn ông nanođ cacbon được biên đieơu baỉng moơt đieơn cực coơng phẳng và hốt đoơng tái nhieơt đoơ phòng. Sau đó ít lađu, hai nhóm khác đã trình bày kêt quạ tương tự [9]. Trong tât cạ ba trường hợp, CNT được sạn xuât ra phại là chât dăn đieơn lối p. Moơt ông nanođ đơn tường được đaịt tređn đưnh cụa hai dại platin dùng làm cực nguoăn và máng (Hình
1.13)[32]. Ông và các tiêp xúc được tách rời ra baỉng moơt lớp SiO2 dày 300 nm phát trieơn baỉng nhieơt tređn beă maịt cụa silic. Đieơn cực coơng ở maịt sau.
Hình 1.14 là câu moơt coơng NOR baỉng cách boơ sung hai đieơn trở và nôi chéo các lôi ra veă lôi vào đeơ táo neđn moơt tê bào đơn vị SRAM đơn giạn. Chức naíng nhớ tĩnh được bieơu dieên baỉng vieơc viêt tráng thái lođgic 1 hoaịc lođgic 0 tới lôi vào, ngaĩt thê lôi vào và theo dõi lôi ra có nhớ tráng thái lođgic cụa nó hay khođng.
Hình 1.14: Tê bào SRAM làm baỉng CNTFET nhờ nôi chéo nhau với các đieơn trở ngoài
Sau nguyeđn taĩc nhớ EEPROM, các tác giạ khác đã đeă nghị xađy dựng boơ nhớ ông nanođ baỉng cách kêt hợp những dáng ông nanođ kim lối và bán dăn trong câu hình thanh với moơt lớp đieơn mođi có theơ lưu giữ đieơn tích giữa chúng.
Ông nanođ cacbon có theơ sử dúng cho các câu trúc đieơn tử như kêt nôi, transistor, mách lođgic và boơ nhớ có khạ naíng làm vieơc ở nhieơt đoơ cao. Ông nanođ có theơ chịu nhieơt đoơ hơn 10000C trong khí trơ và gaăn 4000C trong oxy. Đánh bóng cơ hoá có theơ làm phẳng beă maịt cho phép xêp nhieău lớp hơn. Kêt nôi giữa các lớp cũng có theơ được thực hieơn baỉng ông nanođ nhờ phương pháp phát trieơn via. Do đó, ta có theơ xêp moơt sô lớp mong muôn baỉng cách áp dúng moơt sô quy trình đã phát trieơn cho cođng ngheơ kêt nôi cụa chât bán dăn khođng caăn những quy trình đaĩt tieăn đeơ lieđn kêt các chip silic đã làm sẵn tređn đưnh cụa nhau (Hình 1.15).
Bước cuôi cùng có theơ là thay vì lợi dúng beă maịt silic đơn tinh theơ cho transistor, các ông nanođ tự cung câp sự đôi xứng trúc và hoàn thieơn tinh theơ tái những vị trí ta muôn có nó và khođng hán chê ngay cạ đôi với beă maịt silic. Thaơm chí các dađy có theơ có lợi từ câu trúc tinh theơ vì khođng có tán xá beă maịt và tán xá
Hình 1.15: Khái nieơm cho moơt cođng ngheơ vi mách dựa hoàn toàn tređn CNT, tât cạ các yêu tô hốt và kêt nôi được chê táo baỉng ông nanođ
bieđn cùng tương tác phonon - đieơn tử thâp do những hieơu ứng moơt chieău. Do đó, khạ naíng mang dòng có baơc đoơ lớn cao hơn trong các dađy kim lối thođng thường. Trở kháng cụa dađy có theơ đoơc laơp với đoơ dài cho thây raỉng đoơ dài tán xá đieơn tử – phonon lớn là khođng troơi hơn. Đoơ dăn nhieơt cụa ông nanođ cũng cao hơn do đó mách ông nanođ có theơ hốt đoơng như moơt heơ thông truyeăn nhieơt hieơu quạ.
Nhieău cođng trình nghieđn cứu veă CNT đã thu được những thành tựu noơi baơt. Ở trong nước, Vieơn Khoa hĩc Vaơt lieơu thuoơc Vieơn Khoa hĩc Vieơt Nam đã chê táo thành cođng CNT và đáp ứng nhu caău cho các nghieđn cứu ứng dúng khác nhau trong nhieău lĩnh vực. Tuy nhieđn, đeơ có những linh kieơn đieơn tử từ CNT trong lĩnh vực thương mái văn còn là con đường dài ở phía trước. Hình 1.15 mođ tạ các ứng dúng CNT làm transistor và dađy nôi trong vi mách.