奈米电子学期末报告.ppt

Edit by 郭智昇 國立台灣大學電子所 奈米電子學期末報告---CNT (奈米碳管)--- 學生:郭智昇 學號: 邁向奈米科技新紀元 奈米科技的發展協助台灣繼續保持在半導體產業的競爭力 帶動全球性電子資訊、生醫科技、精密製造、尖端材料、化學工程…等各方面革命性的躍進 奈米科技領域研究過程中已產生許多研究上的瓶頸 製造設備缺乏、加工環境不適、量測的方法不正確、儀器精準度不夠 CNT (奈米碳管) NEC的Iijima在1991 年第一個發現CNT (Carbon Nanotube) CNT 具有高強度、高導熱度、高導電度 理想的一維(1D)量子系統 MWNT (Multi-Wall Nanotube) (多層奈米碳管) SWNT (Single-Wall Nanotube) (單層奈米碳管) CNT (奈米碳管) 半導體的能帶大小與SWNT 直徑成反比變化 在不同的幾何結構下SWNT 則會呈現金屬或半導體的特性 多層→單層?半導體→電路、電腦 奈米碳管的應用 發光元件平面顯示器 高效電晶體 化學及基因分析用探針 機械式記憶體 奈米級鑷子 極靈敏氣體感測器 氫及離子儲存 奈米碳管的應用 奈米探針及奈米蝕刻筆 超強韌材料 分子齒輪 制動器或機械手臂 奈米級線性軸承 奈米碳管在奈米電腦的應用 CNT-SET (單電子電晶體) 1.3°K→260°K CNT SET 元件架構 (如圖(1)所示)是將兩個電極與金屬性CNT 接觸即完成元件製作 CNT 在沿碳管方向的長度較長(~um Level)﹐將元件降到低溫才能在電流-電壓曲線上觀察到SET的CB (Coulomb Blockade) (庫倫阻斷)效應 要提高CNT SET 的工作溫度﹐必須將縮短SWNT 沿碳管方向的有效長度才能提高觀察到CB 效應的溫度 當CNT 被外力折彎到一定角度時並不會斷裂﹐但是會對沿著碳管方向的導通電流形成阻斷 做出相隔在100nm 以下的連續彎曲﹐如此就可以將CNT 的等效長度縮短 CNT-FET (場效電晶體)﹕I-V Curve、(P 型→N 型) 摻雜 單一顆CNT-FET 的結構(如下圖(3)所示) 與CNT SET 完全一樣﹐唯一的差別是用在FET 的CNT 是屬於半導體性CNT CNT-FET 中所有的FET特性曲線都是呈現P 型FET 特性﹐所以如果要做出N 型FET就必須對CNT 作N型摻雜(Doping)才會呈現N 型FET 特性。 摻雜方式有兩種 用400 度下真空退火後會將CNT 由P 型轉變成N 型 在CNT 中注入鉀元素後利用鉀離子化放出的電子將CNT 轉換成N 型 由I-V 特性圖(如下圖(4)所示)可以明顯觀察到N 型FET 特性﹐其中鉀元素摻雜技術所做出的FET其導通電流是以退火法完成之元件的十倍 CNT電子元件所面臨的挑戰﹕Self-Assembly (自我組裝)、Self-Alignment (自我對準) 無法控制每次長出來的是屬於金屬性／半導體性CNT 將CNT在基板上做排列與定位的工作 CNT分離技術 1.氧化→Burn-out (燒毀移除) 其原理是當有極大電流(電流密度~109 A/cm2 )流過CNT 時會使CNT 上的碳原子在大氣環境下產生氧化反應 而將一層碳膜Burn-out (如下圖所示)﹐在MWNT兩端加上固定電壓經過不同時間Stress 下可將MWNT 分別消減3 或10 層碳膜  CNT排列與定位技術 Post-Growth Assembly (後續成長組合)技術 Aligned Growth Method (定位式成長法)技術 CNT的Electric-Field-Assisted Assembly (電場排列) 技術 CNT的Chemically Functionalized Template (基板表面處理) 技術 CNT的Fluidic Alignment (流體定位法) 技術 CNT的Electric-Field Directed Growth (電場輔助式定位成長) 技術 Post-Growth Assembly (後續成長組合)技術﹕ 是指將已經做好的CNT 原料(或是其它奈米線材料﹐例如﹕Si或 Au Nanowire)﹐藉由外加各種後續處理而將CNT 定位在基板特定位置。 Aligned Growth Method (定位式成長法)技術﹕ 是指在CNT 成長同時就同步達成定位的工作。 奈米碳管場發射顯示器 (Carbon Nanotube Field Emission Display) (CNT-FED) 利用厚膜網印製程及FED技術實