نانو لوله های کربنی در چند سال اخیر توجه محققین زیادی از سراسر جهان را به خود جلب کرده است . این ساختارهای نانومتری امکان ساخت ادوات پیشرفته ای مانند ترانزیستورهای خلا بسیار کوچک را می دهد که می تواند از سرعت بالایی برخوردار باشند . از طرف دیگر ساخت نمایشگرهای با دقت بالا و مصرف کم و به صورت صفحه تخت(Flat Panel) از دیگر کاربردهای آن می باشد . حسگرهای گاز و ذخیره کننده های هیدروژن نیز از کاربردهای احتمالی و بسیار مفید چنین لوله های نانو متری می باشد . اگرچه این ساختارها به طور عمومی به صورت نانو لوله بیان می گردند اما برخی تحقیقات حاکی از آن است که ساختارهای فوق به صورت فیبرهای کربنی می باشند که لوله داخلی آن تو پر می باشد . اما در برخی موارد استفاده از ساختار لوله ای و خصوصا تک لوله(تک دیواره) اهمیت اساسی دارد که از آن میان می توان به ترانزیستورهای اثر میدان(Field Effect Transistors) اشاره نمود . اما در برخی موارد ساختار نانو متری آنها مورد استفاده قرار می گیرد و اینکه لوله های داخلی تو خالی و یا تو پر باشند اهمیت چندانی ندارد.در این مقاله و در راستای تحقیقات انجام شده در آزمایشگاه لایه نازک دانشگاه تهران از نانوساختارهای کربنی برای انجام لیتوگرافی استفاده می گردد . و با توجه به رشد موفقیت آمیز این ساختار در دانشگاه تهران و با توجه به رشد عمودی نانو تیوب ها امکان استفاده از این ساختارهای بسیار کوچک در ساطع کردن الکترون وجود دارد نمایی از لوله های کربنی که به صورت تقریبا عمودی و بر روی سیلیکان رشد داده شده اند به نمایش گذارده می شوند .ساختارهایی با ارتفاع چند میکرومتر و ضخامت 100 نانومتر رشد داده می شوند که برای ساخت ساطع کننده های الکترونی مناسب می باشند . رشد نانو لوله های کربنی نمایی از لوله های کربنی که به صورت تقریبا عمودی و بر روی سیلیکان رشد داده شده اند به نمایش می گذارد .ساختارهایی با ارتفاع چند میکرومتر و ضخامت 100 نانومتر رشد داده می شوند که برای ساخت ساطع کننده های الکترونی مناسب می باشند . رشد نانو لوله های کربنیبه صورت ارائه شده در این مقاله با استفاده از گازهای هیدروکربن دار می تواند به صورت بلوری و مشابه گرافیت در کنار هم قرار گیرد و منجر به لوله های کربنی گردد . واکنش تبدیل گاز به کربن نیاز به کاتالیزورهای از جنس نیکل و کبالت دارد که بر روی ویفر سیلیکان لایه نشانی و الگودهی می گردند . خروج از این نوک های تیز می تواند به عنوان منبع بمباران کردن صفحه مقابل گردد .
ابعاد نانومتری لوله های کربنی و با توجه به ساختار خاص پیشنهاد شده در آزمایشگاه لایه نازک دانشگاه تهران امکان ایجاد یک اشعه الکترونی به تیزی قطر تیوب مهیا می گردد . لازم به ذکر است که در میکروسکوپ های الکترونی که به صورت عمومی برای لیتو گرافی استفاده می گردد از اشعه ساطع شده از یک تفنگ الکترونی و با ترکیب آن با لنزهای بسیار دقیق یک اشعه الکترونی باریک ساخته می شود که امکان لیتوگرافی می دهد .
در این تحقیقات با استفاده از نانو تیوب های کربنی چند دیواره ولایه نشانی اکسید تیتانیم و فلز نقره امکان ساخت لوله هایی به قطر بسیار کوچک و با سوراخ های بسیار ریز عملی می گردد .
در شکل a اصول کار ترانزیستور های نانومتری با استفاده از این روش بیان شده است . به طور خلاصه نانو لوله های کربنی که به صورت عمودی بر روی زیر لایه سیلیکانی رشد داده شده اند به ترمینال منفی و صفحه مقابل به ترمینال مثبت متصل می گردند . در اثر اعمال ولتاژ مناسب بین سرهای منفی و مثبت (کاتد و آند) الکترون های نوک تیز کربنی ساطع شده و به صفحه مقابل می رسند . لایه فلزی دیگری که در اطراف لوله های کربنی قرار دارد می تواند به عنوان ترمینال سومی برای کنترل پروسه خروج الکترون از نوک تیز و ارسال آن به آند مورد استفاده قرار گیرد . روش کامل ساخت شامل لایه نشانی با استفاده از پلاسمای و سوزاندن در حضور پلاسما می باشد به آن اشاره شده استDC لایه برداری با روش پولیش
مشخصه الکتریکی به دست آمده از نانو لوله های کربنی به نمایش جریان آشکار شده در آند وابسته به ولتاژ آند- کاتد دیده می شود و در قسمت بعدی جریان توسط ترمینال سوم کنترل می شود . همانطور که مشاهده می گردد جریان الکترونی ساطع شده از کاتد و ارسال شده به آند توسط ولتاژ اعمال شده به گیت کنترل می گردد . با اعمال ولتاژ منفی به میزان کافی به گیت،جریان آشکار شده در طرف دیگر به شدت کاهش می یابد که حاکی از کنترل جریان توسط گیت دارد . اما علاوه بر این یک کاربرداساسی ونوین از آن ترانزیستورها مطرح می گردد که لیتوگرافی با اشل نانومتری و با دقت بالا را مهیا می سازد .
برای انجام کار به مواد خاص مانند PMMA که یک ماده حساس به الکترون (الکترو- رزیست)می باشد نیاز است . اگر چه نتایج اولیه این تحقیق نشان از موفقیت آمیز بودن آن دارد اما پیچیده گی های بسیاری در این راه وجود دارد که از اهم آنها می توان به طول عمر لوله های کربنی در ساطع کردن الکترون، حرکات مکانیکی در اشل نانومتری و لرزشهای ناخواسته و نیز پدیده انکسار الکترون ها (Diffraction)اشاره نمود .
ابعاد نانومتری لوله های کربنی و با توجه به ساختار خاص پیشنهاد شده در آزمایشگاه لایه نازک دانشگاه تهران امکان ایجاد یک اشعه الکترونی به تیزی قطر تیوب مهیا می گردد . لازم به ذکر است که در میکروسکوپ های الکترونی که به صورت عمومی برای لیتو گرافی استفاده می گردد از اشعه ساطع شده از یک تفنگ الکترونی و با ترکیب آن با لنزهای بسیار دقیق یک اشعه الکترونی باریک ساخته می شود که امکان لیتوگرافی می دهد .
در این تحقیقات با استفاده از نانو تیوب های کربنی چند دیواره ولایه نشانی اکسید تیتانیم و فلز نقره امکان ساخت لوله هایی به قطر بسیار کوچک و با سوراخ های بسیار ریز عملی می گردد .
در شکل a اصول کار ترانزیستور های نانومتری با استفاده از این روش بیان شده است . به طور خلاصه نانو لوله های کربنی که به صورت عمودی بر روی زیر لایه سیلیکانی رشد داده شده اند به ترمینال منفی و صفحه مقابل به ترمینال مثبت متصل می گردند . در اثر اعمال ولتاژ مناسب بین سرهای منفی و مثبت (کاتد و آند) الکترون های نوک تیز کربنی ساطع شده و به صفحه مقابل می رسند . لایه فلزی دیگری که در اطراف لوله های کربنی قرار دارد می تواند به عنوان ترمینال سومی برای کنترل پروسه خروج الکترون از نوک تیز و ارسال آن به آند مورد استفاده قرار گیرد . روش کامل ساخت شامل لایه نشانی با استفاده از پلاسمای و سوزاندن در حضور پلاسما می باشد به آن اشاره شده استDC لایه برداری با روش پولیش
مشخصه الکتریکی به دست آمده از نانو لوله های کربنی به نمایش جریان آشکار شده در آند وابسته به ولتاژ آند- کاتد دیده می شود و در قسمت بعدی جریان توسط ترمینال سوم کنترل می شود . همانطور که مشاهده می گردد جریان الکترونی ساطع شده از کاتد و ارسال شده به آند توسط ولتاژ اعمال شده به گیت کنترل می گردد . با اعمال ولتاژ منفی به میزان کافی به گیت،جریان آشکار شده در طرف دیگر به شدت کاهش می یابد که حاکی از کنترل جریان توسط گیت دارد . اما علاوه بر این یک کاربرداساسی ونوین از آن ترانزیستورها مطرح می گردد که لیتوگرافی با اشل نانومتری و با دقت بالا را مهیا می سازد .
برای انجام کار به مواد خاص مانند PMMA که یک ماده حساس به الکترون (الکترو- رزیست)می باشد نیاز است . اگر چه نتایج اولیه این تحقیق نشان از موفقیت آمیز بودن آن دارد اما پیچیده گی های بسیاری در این راه وجود دارد که از اهم آنها می توان به طول عمر لوله های کربنی در ساطع کردن الکترون، حرکات مکانیکی در اشل نانومتری و لرزشهای ناخواسته و نیز پدیده انکسار الکترون ها (Diffraction)اشاره نمود .
