4.1. SWCNTs chế tạo trên cả wafer
Sau quá trình thực nghiệm được nêu ra trong chương 3, chúng tôi thu được các wafer loại 4 inc, trên đó có các SWCNTs. Hơn nữa, các SWCNTs nằm giữa các điện cực, kết nối ra bên ngoài, cho phép khảo sát tính chất điện của CNTFET - nhiệm vụ chính của luận văn này. Trên hình 4.1 là hình ảnh các wafer chứa các đơn sợi CNTs. Các đơn sợi CNTs nằm giữa các điện cực, cho phép khảo sát tính chất điện cũng như đặc trưng của CNTFET.
Hình 4.1: Các đế silic chứa đơn sợi CNTs
4.2. Phổ Raman của SWCNT trên bề mặt đế silic
Kết quả chụp Raman bề mặt đế sau khi được phủ dung dịch SWCNT lên đế bằng phương pháp phun phủ (spray coating). Khảo sát theo các nồng độ khác nhau được trình bày trong các hình 4.2-4.5
Hình ảnh được chụp bằng máy phổ kế micro raman (micro raman spectroscopy - LABRAM 300; JOBINYVON; Pháp).
Các nồng độ dung dịch SWCNTs được khảo sát: - Mẫu 1: 4ml dung dịch SWCNT
- Mẫu 2: 3ml dung dịch SWCNT + 1 ml dung dịch NMP - Mẫu 3: 2ml dung dịch SWCNT + 2 ml dung dịch NMP
- Mẫu 4: 4ml dung dịch SWCNT có phủ lớp APTES để tăng độ bám dính của SWCNTs lên bề mặt đế mang.
Mẫu 1: 4ml dung dịch SWCNT
Hình 4.2: Ảnh Raman mẫu 1
Mẫu 2: 3ml dung dịch SWCNT + 1 ml NMP
Hình 4.3: Ảnh Raman mẫu 2
Mẫu 3: 2ml dung dịch SWCNT + 2 ml NMP
Hình 4.4: Ảnh Raman của mẫu thứ 3
Mẫu 4: 4ml dung dịch SWCNT có phủ lớp APTES để tăng độ bám dính của
SWCNTs lên bề mặt đế mang.
Hình 4.5: Ảnh Raman mẫu 4
Các kết quả RAMAN cho thấy lớp phủ trên bề mặt là các lớp SWCNTs, đáp ứng yêu cầu tiếp theo để chế tạo CNTFET. Kết hợp với việc khảo sát tính chất điện, chúng tôi thấy rằng việc thêm vào lớp APTES để tăng độ bám dính của SWCNTs lên bề mặt đế mang silicon là cần thiết.
4.3. Kết quả quan sát bằng kính hiển vi lực nguyên tử (AFM)
Kết quả chụp AFM bề mặt đế sau khi được phủ dung dịch SWCNT lên đế bằng phương pháp phun phủ (spray coating). Khảo sát theo các nồng độ khác nhau.
Hình ảnh được chụp bằng kính hiển vi nguyên tử lực (Atomic force microscope) Tên máy: ELECTRONICA S.L; Hãng sản xuất: NANOTEC
Mẫu 1: 4ml dung dịch SWCNT
Hình 4.6: Ảnh AFM mẫu 1
Mẫu 2: 3ml dung dịch SWCNT + 1 ml NMP
Hình 4.7: Ảnh AFM mẫu 2
Hình 4.8: Ảnh AFM mẫu 3
Từ các ảnh AFM cho thấy sự hiện diện và phân bố của CNTs trên bề mặt chip. Tuy nhiên có thể nói rằng các hình ảnh AFM không mang lại các thông tin chi tiết mà chúng tôi thực sự quan tâm. Sau nhiều lần quan sát bằng AFM, chúng tôi nhận thấy rằng việc quan sát để có được thông tin chi tiết của SWCNTs là rất khó khăn, đặc biệt trong trường hợp này khi các SWCNTs có kích thước siêu nhỏ chỉ vài nanomet. Các thiết bị có độ phân giải cao hơn như high resolution SEM, TEM là cần thiết cho công việc này trong các nghiên cứu tiếp theo.
4.4. Kết quả quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM)
Mẫu 1: 4ml dung dịch SWCNT Hình 4.9: Ảnh SEM mẫu 1 Mẫu 2: 3ml dung dịch SWCNT + 1 ml NMP Hình 4.10: Ảnh SEM mẫu 2 Mẫu 3: 2ml dung dịch SWCNT + 2 ml NMP Hình 4.11: Ảnh SEM mẫu 3
Các hình ảnh SEM (hình 4.9 - hình 4.11) cho thấy rõ ràng sự hiện diện cũng như phân bố của các SWCNTs trên bề mặt đế mang, trong đó mẫu thứ nhất cho mật độ CNTs cao nhất, và mẫu thứ 3 cho mật độ thấp nhất. Điều đó cho thấy sự phụ thuộc của lượng dung dịch sử dụng đến mật độ của sợi. Ngoài ra các sợi có xu hướng phân bố đều trên toàn bề mặt trong mẫu thứ nhất, trong khi trên bề mặt của đế mang có nhiều khoảng trống không chứa SWCNTs, điều này có thể dẫn đến việc không lặp lại các tính chất của linh kiện sau này (do phân bố không đều).
Ngoài ra việc quan sát các ảnh SEM cho thấy sự hiện diện của các tạp chất (các điểm màu sang trên ảnh SEM). Các phân tích khác của chúng tôi không đủ thông tin để đưa ra kết luận về các tạp đó. Tuy nhiên chúng tôi cho rằng các tạp chất là do các solvent gây ra. Việc sử dụng các solvent với độ tinh khiết cao hay có các bước lọc
(purification) cho các solvent trước khi sử dụng vì thế được đề nghị tiến hành trong các nghiên cứu sau này.
4.5. Đặc trưng Id-Vd của SWCNT FET
Trong phần này, chúng tôi khảo sát sự thay đổi đường đặc trưng Id - Vd theo khoảng cách giữa cực nguồn và cực máng và điện thế cực cổng Vg. Các thí nghiệm đo đạc được thực hiện trên hệ đo đặc trưng I-V cho linh kiện bán dẫn (Agilent 4155C), kết nối với hệ probe station (Suss FP6).
Đặc trưng Id-Vd của SWCNT FET với W = 5µm
Hình 4.12:Đặc trưng Id – Vd của CNTFET với W = 5µm
Đặc trưng Id-Vd của SWCNT FET với W = 7µm
Hình 4.13:Đặc trưng Id – Vd của CNTFET với W = 7µm
Đặc trưng Id-Vd của SWCNT FET với W = 10µm
Hình 4.14:Đặc trưng Id – Vd của CNTFET với W = 10µm
Các kết quả đo và khảo sát I-V cho thấy các SWCNT FET chế tạo ra có tính chất điện đặc trưng cho CNT FET đã được công bố bởi các nhóm nghiên cứu khác. Tuy nhiên các đặc trưng I-V cho thấy điện trở tiếp xúc giữa các đơn sợi CNTs với kim loại làm đường dẫn (metal-semiconductor contact) vẫn còn tương đối lớn (chưa thực sự là tiếp xúc ohmic) trên các CNT FET chế tạo trong luận văn này. Trong quá trình chế tao linh kiện của chúng tôi, các tiếp xúc kim loại-SWCNTs của linh kiện FET đã được ủ nhiệt trong môi trường chân không nhằm tạo tiếp xúc ohmic. Tuy nhiên để thực sự đạt được tiếp xúc Ohmic, môi trường ủ nhiệt cần thiết phải là ủ trong hỗn hợp khí N2:Ar (10:90), đây là điều kiện hiện chưa có được tại Phòng thí nghiệm Công nghệ Nano.
Hiện phòng thí nghiệm đang chuẩn bị để các linh kiện chế tạo tiếp theo sẽ được xử lí đúng trong điều kiện chuẩn, tạo tiếp xúc Ohmic chuẩn cho SWCNT FET.
KẾT LUẬN
Trên cơ sở tiếp nối các nghiên cứu trên thế giới và bước đầu tìm hiểu một cách có hệ thống về công nghệ chế tạo, ảnh hưởng của các thông số công nghệ chế tạo đến các thông số đặc trưng của transistor hiệu ứng trường sử dụng ống nano carbon, đề tài: “Thiết kế, chế tạo và kiểm tra các đặc tính điện của transistor của transistor hiệu ứng trường (FET) sử dụng ống nano carbon” bước đầu đã đạt được những kết quả sau:
1. Xây dựng qui trình và chế tạo thành công CNTFET theo cấu trúc back-gated. 2. Khảo sát sự phụ thuộc của nồng độ dung dịch pha SWCNT đến sự phân bố trên bề mặt đế mang silicon. Từ kết quả khảo sát, ảnh chụp raman, SEM cho các kết quả tốt, phù hợp với các kết quả đã được công bố [23], từ đó tìm ra điều kiện thích hợp nhất cho quá trình thực nghiệm chế tạo SWCNT FET.
3. Quá trình phủ dung dịch ống nano carbon đơn vách lên bề mặt đế sử dụng phương pháp phủ phun (spray coating) với các điều kiện về nhiệt độ đế, khoảng cách và nồng độ dung dịch cho kết quả tốt (thể hiện qua ảnh chụp AFM và SEM), ống nano carbon phủ đều trên bề mặt đế.
Tuy nhiên phương pháp này còn điểm hạn chế là không kiểm soát được chắc chắn ống nano carbon sau khi phủ có nối được giữa cực nguồn và cực máng hay chưa. Hiện tại cần tìm hiểu phương pháp thực hiện quá trình này cho tỷ lệ thành công cao hơn và có thể kiểm soát tốt vị trí của ống nano carbon.
4. Sản phẩm CNTFET tạo thành có đặc trưng Id-Vd phù hợp với các tài liệu nghiên cứu được công bố trước đó [12] [13]
5. Bước đầu khảo sát một cách hệ thống sự ảnh hưởng của khoảng cách từ cực máng đến cực nguồn đến đặc trưng Id-Vd khi thế điều khiển áp vào cực cổng thay đổi. Các thông số được thiết lập để khảo sát tại phần phụ lục 1.