Nanosudura cu Ultrasunete intre Nanotuburi de Carbon și Electrozi Metalici

1. Introducere

Nanotuburile de carbon (NTC) prezintă un mare potential ca piatră de temelie pentru viitoarele sisteme nanoelectronice datorita unicitatii nanostructurii si proprietatilor deosebite. Pentru a explora potenţialul lor în diverse domenii, o condiţie esenţială este aceea de a construi interconexiuni de încredere între NTC şi si circuitele electrice externe şi sistemele mecanice. Pentru a aborda această nevoie, au fost explorate diferite procese chimice şi fizice in scopul construirii de astfel de interconexiuni.

De exemplu, Burghard a raportat "adsorbţia controlată a NTC pe electrozi modificati chimic ". Cu toate acestea, o legatura mai puternica in loc de o adsorbţie chimica slaba este obligatorie pentru construirea de nanodispozitive fiabile. Ruoff a arătat că fascicul de electroni focalizat într-un microscop electronic cu baleiaj (SEM) poate fi folosit pentru a depozita o cantitate mica de hidrocarburi, care contribuie l a ataşarea de nanotuburi pe varful unui AFM (Atomic Force Microscopy). O astfel de tehnica de "sudare in puncte" , a fost folosita pentru conectarea NTC de suprafaţe de polisiliciu, atat electric cat şi mecanic.

Madsen a prezentat o metodă „in situ” pentru fixare de nanotuburi de carbon cu pereti multistrat pe microelectrozi prin depunerea unei compozit aur-carbon folosind un fascicul concentrat de electroni Deşi prin aceasta metoda se pot obtine contacte robuste, accesul limitat la un fascicul concentrat de electroni, scară mică si natura tratamentului impiedica folosirea la scară largă in industrie. Pentru a satisface nevoile unor aplicaţii viitoare la scară largă, sunt dorite procese mai simple, mai ieftine şi mai scalabile. În aceasta lucrare, vom prezenta un proces nou de nanosudura cu ultrasunete, cu care se poate realiza lipirea solida între nanotuburi de carbon cu un singur perete (SWCNTs) şi electrozi de metal. Contactele formate prin procesul prezentat au rezistenţă scazuta la contact, o buna stabilitate pe termen lung şi rezistenţă mecanică ridicata. Pentru nanotuburile cu un singur perete se poate atinge o rezistenţă redusă, de aproximativ 15 kΩ pentru o lungime de 1 μm, la temperatura camerei. După nanosudura, inaltimea barierei tip Schottky între nanotuburile semiconductoare şi electrodul de Ti este de doar ≈ 6.6 meV în pozitia ON şi lăţimea bariera este de ≈ 00:09 nm la Vg= 0. Performanţă efectului de câmp al tranzistorilor(FETs) fabricati prin această metodă este mult îmbunătăţita comparativ cu metodele clasice.

2. Metode convenţionale de fabricatie a nanotuburilor de carbon/contactelor metalice

Pentru a studia proprietăţile lor electrice, nanotuburile cu un singur perete trebuie conectate la un sistem de electrozi extern. In aceasta sectiune vor fi descrise metodele conventionale prin care se ataseaza capete nanotuburilor individuale sau manunchiurilor de nanotuburi, pentru a face posibila trecerea curentului.

Pentru atasarea de capete nanotuburilor, se porneste de la o placuta de Si, tip „wafer”, care are un oxid crescut pe suprafata. Litografia optica este folosita pentru a realiza gauri in oxid, si pentru atasarea de aluminiu la placuta de Si, care este folosita ca o poarta. In aceasta procedura structura de tip „wafer” este initial acoperita cu o substanta fotoresistenta.Expunerea la UV printr-un sablon transforma substanta fotorezistenta. Tiparul definit de catre sablon creaza spatii in stratul fotorezistent. Structura „wafer” este apoi scufundata in acid fluorhidric, pentru indepartarea oxidului expus la UV. In final, Al este evaporat in apa, iar metalul nedorit este indepartat printr-un proces de ridicare. Aceste etape sun prezentate in figura de mai jos.

Fig. 1. Pasi de fabricatie pentru un dispozitv alcatuit din nanotuburi.