СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ НАНО(МИКРО)СИСТЕМ ИЗ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК Российский патент 2007 года по МПК B82B3/00 

Описание патента на изобретение RU2306257C1

Изобретение относится к способам формирования наномикросистем, содержащих углеродные нанотрубки (УНТ). Области возможного использования углеродных нанотрубок: автоэмиттеры для плоских экранов и вакуумных микрорадиоламп, нанорезонаторы, нанопереключатели, экономичные источники света и др.

Для формирования большинства наномикросистем крайне необходимо использование процедур и способов, позволяющих располагать одиночные углеродные нанотрубки по заданному рисунку. В частности, известен способ формирования микросистем с заданным расположением одиночных углеродных нанотрубок, заключающийся в их гибридной сборке, посредством использования нанопинцетов [1]. Способ заключается в получении композитных материалов, содержащих фракции из углеродных нанотрубок, фуллеренов и аморфных углеродных фаз каким-либо из известных методов, например в дуговом разряде, выделении углеродных нанотрубок из перечисленных фракций одним из известных методов, «захвате» нанопинцетом выбранной углеродной нанотрубки и ее фиксации, например, за счет сил Ван-дер-Ваальса, в нужной области образца подложки. Способ позволяет получать ряд наносистем, например нанотранзисторы, нанодиоды, однако является трудоемким и дорогим, имеет много технологических и функциональных ограничений и не пригоден для конструирования подавляющего большинства наномикросистем.

Наиболее близким к изобретению является способ формирования наномикросистем из массивов углеродных нанотрубок посредством их выращивания CVD методом на образцах с рисунками из каталитических покрытий, например никель, кадмий, железо [2]. Совокупность процедур формирования углеродных нанотрубок в способе-прототипе заключаются в нанесении на поверхность образца пленочных покрытий, включающих каталитическую пленку, последующем формировании микроэлектронными технологиями (например, с помощью электронной либо фотолитографий) на каталитической пленке необходимого рисунка, помещении образца в ростовую камеру и нагреве его до температуры, типичной для процессов роста углеродных нанотрубок (˜350...600°С), последующей подаче в ростовую камеру газов-реагентов и ВЧ либо СВЧ-излучения, активирующего процессы образования из упомянутых реагентов плазмы. Способ-прототип позволяет получать массивы из углеродных нанотрубок с вертикальной и горизонтальной ориентацией трубок относительно плоскости пластины [2-3] и по заданному рисунку с микронной размерной шкалой, но не подходит для получения одиночных углеродных нанотрубок и наномикросистем на их основе. Способ-прототип позволяет получать массивы из углеродных нанотрубок для катодов осветителей и индикаторов, но не пригоден для решения задач, требующих расположения по заданному рисунку одиночных нанотрубок. К таковым относятся, например, задачи, связанные с получением запоминающих сред и считывателей для терабитных ЗУ, нанопереключателей и нанорезонаторов на основе углеродных нанотрубок.

Целью изобретения является разработка эффективного способа, позволяющего при формировании наномикросистем располагать одиночные углеродные нанотрубки по заданному рисунку.

Цель изобретения достигается тем, что в способе формирования нано-(микро-) систем из углеродных нанотрубок, располагаемых по заданному рисунку, заключающемся в нанесении на подложку многослойного покрытия, содержащего каталитический слой, выполнении по нему заданного рисунка и помещении образца в ростовую камеру, нагреваемую до температуры ˜350...600°С в присутствии газов-реагентов и ВЧ либо СВЧ-излучения, вводят следующие отличительные признаки: на каталитический слой в упомянутом многослойном пленочном покрытии наносят углеродный слой наноразмерной толщины, а выполнение по каталитическому слою заданного рисунка осуществляют путем помещения образца в рабочую камеру с окислительной средой, стабилизирования ее состава одним из известных способов, расположения над образцом зонда с наноразмерным острием с образованием туннельно-прозрачной системы зонд/образец и оказывания на указанную систему электрического воздействия постоянной либо импульсной моды, посредством подачи на нее разности потенциалов либо пропускания через нее заданного тока, при этом контролируют процесс локального окисления углеродного слоя вплоть до вскрытия каталитического слоя соответственно по току и его производной - для потенциального режима и по напряжению и его производной - для токового режима, а после этого образец помещают в ростовую камеру.

Положительный эффект в заявляемом способе достигается тем, что электрическое воздействие, приводя к локальному окислению углеродного слоя в окрестности острия в присутствии окислительной среды, в силу летучести продуктов окисления углеродной пленки (окись либо двуокись углерода) приводит к образованию в ней наноразмерных каналов, простирающихся вплоть до каталитической пленки. На открывшихся таким образом наноразмерных площадках каталитической поверхности, располагаемых по задаваемому рисунку, в ростовой камере в известных режимах вырастают одиночно расположенные углеродные нанотрубки.

Пример получения одиночно расположенных углеродных нанотрубок по заданному рисунку.

На подготовленную известными методами (отмывка в органических растворителях, например бензоле либо изопропиловом спирте, и последующая обработка в кислородно-аргонной плазме) к напылению поверхность образца наносим (например, методом магнетронного напыления) трехслойное пленочное покрытие: титан/никель/тетраэдрический аморфный углерод с толщинами слоев соответственно 30 нм/20 нм/10 нм. Известными методами (например, фотолитография и электронная литография с последующим ICP-травлением перечисленных слоев) выполняем заданный рисунок по нанесенному покрытию. (В частности, при изготовлении считывателя информации с терабитных запоминающих сред, выполненных на основе УНТ, указанный рисунок может представлять собой набор параллельных полос-шин). Помещаем образец в рабочую камеру зондового литографического устройства, работающего по проточной системе, и на гальванически связанную туннельно-прозрачную систему сканирующий зонд/образец, в областях расположения рисунка из пленочного покрытия, оказываем токовое (˜0,05...1,0 мкА) либо потенциальное (˜1...10 В) воздействие. Временной интервал воздействия (постоянного во времени либо импульсного, например, с длительностью импульсов 0,1...10,0 мкс и периодом их следования 100 мкс) определяется толщиной углеродной пленки, величиной напряжения либо тока, параметрами окислительной среды (влажность, концентрация ионов газа-реагента и температура) и амплитудными параметрами электрических воздействий: для углеродных аморфных пленок толщиной ˜100 А, при постоянном напряжении ˜10 В и влажности ˜80% время воздействия составляет ˜10 секунд; при работе в импульсной токовой моде, при амплитуде тока 1 мкА, длительности импульсов 1 мкс и периоде их следования 50 мкс длительность обработки в точке составит 1 мс. Процесс образования в углеродном слое отверстий наноразмерного диаметра контролируем по изменениям тока и его производной - для потенциального режима электрического воздействия на образец и по изменению напряжения и его производной - при токовой моде электрического воздействия. Далее помещают образец в ростовую камеру CVD установки, производят откачку (эвакуацию) из системы атмосферы до остаточного давления 10-6 мм рт.ст., нагревают (в зависимости от требований к параметрам для получаемых нанотрубок) образец до температуры ˜530°С...650°С и подают в камеру роста СВЧ-излучение мощностью ˜0,5...1,0 кВт. Через временной интервал ˜5...20 минут выключают СВЧ-активацию процессов роста и нагрев образца, напускают атмосферный газ в камеру и извлекают из нее образец с выращенными одиночно расположенными трубками в полученных по заданному рисунку на стадии локального окисления наноразмерных отверстиях.

Предложенный способ получения одиночно расположенных углеродных нанотрубок открывает широкие возможности получения наномикросистем. В частности, открываются возможности разработки и изготовления таких наномикросистем, как: запоминающие среды терабитной емкости, считывающие устройства для терабитных ЗУ, наноразмерные коммутаторы и нанорезисторы на диапазон частот вплоть до 5 ГГц и т.д.

Литература

1. Yoshikaru Nakayams and Seiji Akita. «Nanoenginering of carbon nanotubes for nanotools». // New journal of Physics 5 (2003), p.128.1-128.22.

2. Huczko A. // Appl.Phys. 2002. A 74. P.617-638 (прототип).

3. С.А.Гаврилов, Э.А.Ильичев, Э.А.Полторацкий и др. Письма в ЖТФ, 2004, том 30, вып.11, с.48-53.

Похожие патенты RU2306257C1

название год авторы номер документа
УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ НАНОРАЗМЕРНЫХ ОБЪЕКТОВ 2006
  • Ильичев Эдуард Анатольевич
  • Полторацкий Эдуард Алексеевич
  • Рычков Геннадий Сергеевич
  • Немировский Владимир Эдуардович
  • Павлов Георгий Яковлевич
  • Скрипниченко Александр Степанович
RU2329945C1
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОСТРУКТУР 2009
  • Ильичев Эдуард Анатольевич
  • Инкин Виталий Николаевич
  • Набиев Ринат Мухамедович
  • Мигунов Денис Михайлович
  • Петрухин Георгий Николаевич
  • Полторацкий Эдуард Алексеевич
  • Рычков Геннадий Сергеевич
  • Шкодин Дмитрий Вячеславович
RU2417943C1
УСИЛИТЕЛЬ-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 2007
  • Иванников Алексей Евгеньевич
  • Ильичев Эдуард Анатольевич
  • Набиев Ринат Мухамедович
  • Павлов Георгий Яковлевич
  • Петрухин Георгий Николаевич
  • Полторацкий Эдуард Алексеевич
  • Редькин Сергей Викторович
  • Рычков Геннадий Сергеевич
RU2364981C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЙ ИЗ УГЛЕРОДНЫХ НАНОМАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ 2009
  • Носачев Леонид Васильевич
RU2405739C1
УСИЛИТЕЛЬ-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 2009
  • Ильичев Эдуард Анатольевич
  • Набиев Ринат Мухамедович
  • Негодаев Михаил Александрович
  • Павлов Георгий Яковлевич
  • Петрухин Георгий Николаевич
  • Полторацкий Эдуард Алексеевич
  • Рычков Геннадий Сергеевич
RU2399984C1
АНТИДИНАТРОННОЕ ПОКРЫТИЕ НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРНОЙ МАТРИЦЫ С ВКЛЮЧЕНИЕМ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 2020
  • Шемухин Андрей Александрович
  • Татаринцев Андрей Андреевич
  • Воробьева Екатерина Андреевна
  • Чеченин Николай Гаврилович
RU2745976C1
СПОСОБ СОЗДАНИЯ НАНОСТРУКТУР НА ОСНОВЕ НАНОТРУБОК 2010
  • Агеев Олег Александрович
  • Ильин Олег Игоревич
  • Климин Виктор Сергеевич
  • Коломийцев Алексей Сергеевич
  • Коноплев Борис Георгиевич
  • Федотов Александр Александрович
RU2431597C1
ГЕТЕРОСТРУКТУРА ДЛЯ ФОТОКАТОДА 2006
  • Ильичев Эдуард Анатольевич
  • Полторацкий Эдуард Алексеевич
  • Рычков Геннадий Сергеевич
  • Негодаев Михаил Александрович
  • Немировский Владимир Эдуардович
RU2335031C1
АКТИВНОЕ МОЛЕКУЛЯРНОЕ СИТО 2008
  • Хартов Станислав Викторович
  • Ромашкин Алексей Валентинович
RU2389536C1
СТРУКТУРА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛЕВЫХ ЭМИССИОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ С УГЛЕРОДНЫМИ НАНОТРУБКАМИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫМИ В КАЧЕСТВЕ КАТОДОВ 2008
  • Красников Геннадий Яковлевич
  • Зайцев Николай Алексеевич
  • Гущин Олег Павлович
  • Орлов Сергей Николаевич
  • Пастухова Юлия Михайловна
RU2391738C2

Реферат патента 2007 года СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ НАНО(МИКРО)СИСТЕМ ИЗ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

Изобретение относится к способам формирования наномикросистем, содержащих углеродные нанотрубки. Способ формирования нано-(микро-) систем из углеродных нанотрубок, располагаемых по заданному рисунку, заключается в нанесении на подложку многослойного покрытия, содержащего каталитический слой. На каталитический слой наносят углеродный слой наноразмерной толщины, после чего выполнение по каталитическому слою заданного рисунка осуществляют путем помещения образца в рабочую камеру с окислительной средой, стабилизирования ее состава одним из известных способов, расположения над образцом зонда с наноразмерным острием с образованием туннельно-прозрачной системы зонд/образец и оказывания на указанную систему электрического воздействия постоянной либо импульсной моды, посредством подачи на нее разности потенциалов либо пропускания через нее заданного тока, при этом контролируют процесс локального окисления углеродного слоя вплоть до вскрытия каталитического слоя соответственно по току и его производной - для потенциального режима и по напряжению и его производной - для токового режима, а после этого образец помещают в ростовую камеру, нагреваемую до температуры ˜350...600°С в присутствии газов-реагентов и ВЧ либо СВЧ-излучения. Способ позволяет при формировании наномикросистем располагать одиночные углеродные нанотрубки по заданному рисунку.

Формула изобретения RU 2 306 257 C1

Способ формирования нано(микро)систем из углеродных нанотрубок, располагаемых по заданному рисунку, заключающийся в нанесении на подложку многослойного покрытия, содержащего каталитический слой, выполнении по нему заданного рисунка и помещении полученного образца в ростовую камеру, нагреваемую до температуры 350...600°С в присутствии газов-реагентов и ВЧ- либо СВЧ-излучения, отличающийся тем, что на каталитический слой в упомянутом многослойном пленочном покрытии наносят углеродный слой наноразмерной толщины, а выполнение по каталитическому слою заданного рисунка осуществляют путем помещения образца в рабочую камеру с окислительной средой, стабилизирования ее состава одним из известных способов, расположения над образцом зонда с наноразмерным острием с образованием туннельно-прозрачной системы зонд/образец и оказывания на указанную систему электрического воздействия постоянной либо импульсной моды посредством подачи на нее разности потенциалов либо пропускания через нее заданного тока, при этом контролируют процесс локального окисления углеродного слоя вплоть до каталитического слоя соответственно по току и его производной - для потенциального режима и по напряжению и его производной - для токового режима, а после этого образец помещают в ростовую камеру.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2007 года RU2306257C1

Huczko A
Applied Physics
Топчак-трактор для канатной вспашки 1923
  • Берман С.Л.
SU2002A1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДМЕТАЛЛСОДЕРЖАЩИХ НАНОСТРУКТУР ИЗ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ 2002
  • Кодолов В.И.
  • Дидик А.А.
  • Шаяхметова Э.Ш.
  • Кузнецов А.П.
  • Волков А.Ю.
  • Волкова Е.Г.
RU2223218C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТВЕРДОФАЗНЫХ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ 1999
  • Мельгунов М.С.
  • Кашкин В.Н.
  • Фенелонов В.Б.
  • Мельгунова Е.А.
RU2179526C2
Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. 1921
  • Богач Б.И.
SU3A1
JP 2005239494 A, 08.09.2005
JP 2001312955 A, 09.11.2001.

RU 2 306 257 C1

Авторы

Гарипов Василий Газизович

Ильичев Эдуард Анатольевич

Инкин Виталий Николаевич

Полторацкий Эдуард Алексеевич

Рычков Геннадий Сергеевич

Царик Константин Анатольевич

Даты

2007-09-20Публикация

2005-12-26Подача