Массивы углеродных нанотрубок: механизм электропроводности и применение для гига- и терагерцовой электроники

Abstract

Отчет 51 с., 20 рис., 49 источников, 1 приложение.

МАССИВЫ ОДНОСЛОЙНЫХ И МНОГОСЛОЙНЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК, ПРЫЖКОВАЯ ПРОВОДИМОСТЬ, ПРОВОДИМОСТЬ НА ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ, ТЕРАГЕРЦОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, СИЛЬНОЕ СВЧ-ПОЛЕ

Объектом исследования являются двумерные и трехмерные массивы однослойных и многослойных углеродных нанотрубок. Целью работы является исследование электропроводности двумерных и трехмерных массивов углеродных нанотрубок на постоянном и переменном токе в широком диапазоне частот, изучение влияния микроволнового и терагерцового излучения на их проводимость, установление механизма транспорта заряда в массивах углеродных нанотрубок, разработка физических основ применения исследованных свойств для создания экранов электромагнитного излучения, датчиков микроволнового и терагерцового излучения, функциональных элементов наноэлектроники. Основными методами исследования являются: измерение вольтамперных характеристик и зависимостей сопротивления от температуры массивов углеродных нанотрубок, измерение частотных зависимостей импеданса, а также измерение сопротивления образцов под воздействием терагерцового излучения и в сильном микроволновом поле. В результате выполнения проекта: 1) измерены зависимости сопротивления от температуры и ВАХ массивов однослойных и многослойных углеродных нанотрубок в широком интервале температур (1.6 300 К) и установлены механизмы транспорта заряда в них; 2) проведены измерения зависимостей импеданса массивов углеродных нанотрубок от частоты в диапазоне частот 100 Гц – 1 МГц и от напряжения смещения при различных частотах в диапазоне 0-5 В в широком температурном интервале (4.2 300 К). Обнаружены нелинейное поведение зависимостей импеданса от напряжения смещения и сильная зависимость мнимой части импеданса от частоты при низких температурах; 3) исследовано влияние на проводимость массивов однослойных углеродных нанотрубок воздействия терагерцового излучения в интервале температур 4.2-100 К. Предложена качественная модель, объясняющая рост проводимости стимулированным ТГц-излучением увеличением вероятности прыжков носителей заряда между занятыми и свободными состояниями при прыжковой проводимости с переменной длиной прыжка; 4) Проведены измерения проводимости массивов однослойных углеродных нанотрубок в сильном микроволновом поле 10 ГГц при температурах 77 и 300 К. Обнаружено увеличение проводимости массивов ОУНТ при увеличении мощности СВЧ-излучения, при этом эффект усиливался при понижении температуры. Обнаруженный эффект объясняется увеличением вероятности туннелирования электронов через существующие между отдельными нанотрубками контактные барьеры в сильном СВЧ поле.