Конденсационный метод. 
Понятие и свойства нано-трубок

В методе квазисвободной конденсации пара, углеродный пар образуется в результате резистивного нагрева графитовой ленты и конденсируется на подложку из высокоупорядоченного пиролитического графита, охлаждаемую до температуры 30^оС в вакууме 10−8 Торр. ПЭМ исследования, полученных пленок толщиной 2−6 нм показывают, что они содержат углеродные НТ диаметром 1−7 нм, длиной до 200 нм, большинство из которых заканчивается сферическими окончаниями. Содержание НТ в осадке превышает 50%. Для многослойных НТ расстояние между образующими их графеновыми слоями составляет 0.34 нм. Трубки располагаются на подложке практически горизонтально.

Метод конструктивного разрушения

Этот метод был разработан исследователями лаборатории IBM. Как было сказано ранее, нано-трубки обладают как металлическими, так и полупроводниковыми свойствами.

Однако для производства ряда устройств на их основе, в частности — транзисторов и, далее, процессоров с их использованием, нужны только полупроводниковые нано-трубки. Ученые из IBM разработали метод так называемого «конструктивного разрушения», который позволил им разрушить все металлические нано-трубки и при этом оставить неповрежденными полупроводниковые.

То есть они либо последовательно разрушают по одной оболочке в многостенной нано-трубке, либо выборочно разрушают металлические одностенные нано-трубки. Вот как вкратце описывается этот процесс:

• 1. Слипшиеся «канаты» из металлических и полупроводниковых трубок помещают на подложку из окисла кремния.
• 2. Затем на подложку проектируется литографическая маска для формирования

электродов (металлических прокладок) поверх нано-трубок. Эти электроды работают как переключатели для включения/выключения полупроводниковых нано-трубок.

• 3. Используя саму кремниевую подложку как электрод, ученые «выключают» полупроводниковые нано-трубки, которые просто блокируют прохождение любого тока через себя.
• 4. Металлические нано-трубки остались незащищенными. После чего к подложке прикладывается подходящее напряжение, разрушающее металлические нано-трубки, в то время как полупроводниковые нано-трубки остаются изолированными. В результате остается плотный массив неповрежденных работоспособных полупроводниковых нано-трубок — транзисторов, которые можно использовать для создания логических цепей — т. е. процессоров. Теперь рассмотрим эти процессы подробнее. Различные оболочки МСНТ могут иметь различные электрические свойства. В результате электронная структура и механизмы переноса электронов в МСНТ различны. Эта сложность структуры позволяет выбирать и использовать только одну оболочку МСНТ: ту, что имеет желанные свойства. Разрушение многостенных нано-трубок происходит в воздухе при определенном уровне мощности, посредством быстрого окисления наружных углеродных оболочек. Во время разрушения ток, текущий через МСНТ, изменяется пошагово, причем эти шаги с удивительной постоянностью совпадают с разрушением отдельной оболочки. Контролируя процесс удаления оболочек одну за другой, можно создавать трубки с желаемыми характеристиками внешней оболочки, металлической или полупроводниковой. Выбирая диаметр внешней оболочки, можно получить желаемую ширину запрещенной зоны. Если для создания полевого транзистора используются «канаты» с одностенными нано-трубками, то в них нельзя оставлять металлические трубки, т. к. они будут доминировать и определять транспортные свойства устройства, т. е. не дадут осуществить полевой эффект. Эта проблема также решается путем выборочного разрушения. В отличие от МСНТ, в тонком «канате» каждая ОСНТ может подсоединяться по отдельности к внешним электродам. Таким образом, «канат» с МСНТ можно представить как независимые параллельные проводники с общей суммарной проводимостью, подсчитываемой по формуле:

G (Vg) = Gm + Gs (Vg),

где Gm создается металлическими нано-трубками, и Gs является зависимой от затвора проводимостью полупроводниковых нано-трубок.

Кроме того, множество ОСНТ в «канате» контактируют с воздухом, потенциально окисляющей средой, поэтому множество трубок может быть разрушено одновременно, в отличие от случая с МСНТ. И, наконец, одностенные нано-трубки в маленьком «канате» не защищают друг друга электростатически столь же эффективно, как концентрические оболочки МСНТ. В результате, управляющий электрод можно использовать для эффективного уменьшения переносчиков электрического тока (электронов или дырок) в полупроводниковых ОСНТ в «канате». Это превращает полупроводниковые трубки в изоляторы. В этом случае окисление, вызванное током, можно направить только на металлические ОСНТ в «канате». Производство массивов полупроводниковых нано-трубок осуществляется просто: путем помещения «канатов» ОСНТ на окисленную подложку кремния, а затем набор из источника тока, заземления и изолированных электродов размещается литографическим способом на вершине «канатов». Концентрация трубок предварительно выбрана таким образом, что в среднем только один «канат» замыкает источник и землю. При этом специальной ориентации нано-трубок не требуется. Нижний затвор (сама кремниевая подложка) используется для запирания полупроводниковых трубок, а затем прикладывается избыточное напряжение для разрушения металлических трубок в «канате», что и создает полевой транзистор. Применяя эту технологию выборочного разрушения, можно контролировать размер углеродной нано-трубки, что позволяет строить нано-трубки с заранее заданными электрическими свойствами, отвечающими требуемым характеристикам электронных устройств. Нано-трубки можно использовать как провода с нано-размерами или активные компоненты в электронных устройствах: например, как полевые транзисторы. Понятно, что в отличие от полупроводников на основе кремния, требующих создания проводников на основе алюминия или меди для соединения полупроводниковых элементов внутри кристалла, в этой технологии можно обойтись только углеродом. Сегодня производители процессоров для увеличения частоты пытаются уменьшить длину каналов в транзисторах. Технология, предложенная IBM, позволяет успешно решить эту проблему при использовании углеродных нано-трубок в качестве каналов в транзисторах.