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
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.
HƢỚNG PHÁT TRIỂN TIẾP THEO
Sau khi nghiên cứu, trao đổi, chúng tôi đề xuất các hướng nghiên cứu sau đây, để hoàn chỉnh qui trình chế tạo SWCNT FET với các tính chất và đặc trưng tốt hơn:
1. Thay đổi quy trình công nghệ để chế tạo các sợi CNT có tính định hướng, đơn sợi hay bó sợi bằng việc sử dụng từ trường trong quá trình phun, phủ dung dịch CNT lên trên bề mặt đế mang silicon.
2. Do điều kiện của Phòng thí nghiệm, đặc biệt là thiết bị quang khắc chỉ có thể chế tạo cấu trúc xuống kích thước micron, việc chế tạo các FET là không có ý nghĩa thực tế do các FET hiện nay đã được chế tạo xuống kích thước nanomet. Tuy nhiên các SWCNT FET với chiều dài kênh dẫn ở kích thước micron lại có nhiều ứng dụng ưu việt trong nhiều lĩnh vực khác. Ví dụ các SWCNT FET hoàn toàn thích hợp để làm các cảm biến khí và cảm biến sinh học (nanobiosensors) để đo nồng độ các chất sinh học.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng việt
1. Đào Khắc An (2009), Công nghệ micrô và nanô điện tử, Nhà xuất bản Giáo Dục, Đà Nẵng.
2. Trần Thị Cầm (2007), Giáo trình Cấu kiện điện tử,Hà Nội. 3. Nguyễn Thị Lưỡng (2010), Linh kiện điện tử nano.
4. Quách Huy Tường (2010), Ống nano carbon – Các phương pháp chế tạo, tính chất và ứng dụng.
Tiếng Anh
5. Annick Loiseau & Stephan Roche (2005), Understanding carbon nanotubes From basics to applications, Springer, Berlin Heidelberg.
6. J. Deng, H.-S. P. Wong (2007), “A Compact SPICE Model for Carbon-Nanotube Field-Effect Transistors Including Nonidealities and Its Application - Part I: Model of the Intrinsic Channel Region”, IEEE Transactions on Electron Devices, vol 54, pp. 3186-3194.
7. Kazuyoshi Tanaka & Tokio Yamabe & Kenichi Fukui (1999), The science and technology of carbon nanotubes, Netherlands.
8. Michael J.O’Connell, Ph.D. (2006), Carbon Nanotubes Properties and Applications, Taylor & Francis, California.
9. M.Meyyappan (2005), Carbon nanotubes Science and applications, NASA Ames Research Center, CRC Press.
10. N. Patil, A. Lin, E. Myers, K. Ryu, A. Badmaev, C. Zhou, H.-S.P. Wong, S. Mitra 2009, "Wafer-Scale Growth and Transfer of Aligned Single-Walled Carbon Nanotubes," IEEE Transactions on Nanotechnology, vol. 8, pp. 498-504.
11. S. Dresselhaus,G. Dresselhaus and P. Avouris (2000), Carbon Nanotubes : Synthesis, Structure, Properties, and Applications, Springer-Verlag.
12. S. J. Wind, J. Appenzeller, R. Martel, V. Derycke, and Ph. Avouris (2002), “Vertical scaling of carbon nanotube field-effect transistors using top gate electrodes”, IBM T. J. Watson Research Center, P.O. Box 218, Yorktown Heights, New York.
13. Tamer Ragheb (2007), “Carbon Nanotube Field-Effect Transistors (CNTFETs): Evolution and Applications for Future Nanoscale ICs”. SWeNT®
14. T.W.Ebbesen (1996), Carbon nanotubes preparation and properties, CRC Press.
Thông tin từ Internet
15. CNTs. http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_nanotube
16. CNFET Models. http://nano.stanford.edu/models.php
17. MORRE’S LAW http://en.wikipedia.org/wiki/Moore%27s_law
19. FET. http://www.freescale.com
20. http://en.wikipedia.org/wiki/Sumio_Iijima
21. http://nobelprize.org/educational/physics/transistor/history/
22. http://nhantainhanluc.com
PHỤ LỤC
1. Phần mềm Agilent Easy EXPERT đo đặc trưng Id-Vd
Các thông số điều chỉnh khảo sát đặc trưng Id-Vd của sản phẩm CNTFET tạo thành.
- CNTFET loại P. Polarity: Pch - Dòng Id cực đại: 5µA
- Điện thế cực cổng có giá trị thay đổi từ -4V đến 0V với bước nhảy 1V - Điện thế cực máng thay đổi từ 2V đến 0V với bước nhảy 100mV
Hình 5.1: Thông số điều chỉnh đo đặc trưng Id-Vd của CNTFET
2. Hình ảnh mặt nạ được thiết kế bằng phần mềm Clewin
Mặt nạ được thiết kế bằng chương trình Clewin để sử dụng trong quá trình quang khắc gồm 6x6 vị trí.
Tại mỗi vị trí là 16 cặp điện cực được thiết kế với chiều rộng và chiều dài thay đổi. Việc thiết kế nhằm mục đích tạo điều kiện khảo sát sự thay đổi các đặc tính điện của các CNTFET tạo thành theo khoảng cách từ cực nguồn đến cực máng và chiều rộng của cực máng, nguồn.
Hình 5.2: Hình ảnh tổng thể mặt nạ được thiết kế bằngphần mềm Clewin