Современная электроника №3/2023

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 39 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 3 / 2023 ся в упорядоченные наноструктуры за счёт химико - физических взаимодей - ствий между ними , получил назва - ние « самосборка ». Последние двадцать лет стреми - тельно развивалось новое междис - циплинарное научное направление , получившее название « молекулярная электроника » ( МЭ ) [4]. Основной зада - чей этой дисциплины , охватывающей некоторые разделы мезоскопической физики , квантовой химии , криоген - ной технологии и материаловеде - ния , является разработка и изучение молекулярных блоков , обладающих свойствами , необходимыми для их использования в качестве элементар - ных структур электронных компонен - тов . То есть молекулярная электрони - ка имеет дело с объектами размеров на уровне молекул . Напомним , что диа - метр человеческого волоса в среднем равен 100 нм , а диаметр хромосомы человека – 2,5 нм . В настоящее время технологии , раз - работанные в рамках МЭ , используют - ся при производстве чипов , микросен - соров , светодиодов с ультраточной настройкой длины волны и в других аналогичных приложениях . В качестве одного из примеров мож - но привести « квантовую проволоку » (quantum wire – QW), представляющую собой проводник с поперечным сече - нием около нескольких нанометров , в котором квантовые эффекты влияют на протекание через него электриче - ского тока . В общем случае , если диа - метр проводника составляет 1–5 нм , электроны в нём будут испытывать так называемое « квантовое ограничение » в поперечном направлении (quantum confinement in the transverse direction), при котором происходит сжатие элек - тронов и электронных дырок до разме - ров , приближающихся к критическому квантовому измерению , вызывающе - му образование экситонов . Поэтому нанопроволоки характеризуются толь - ко двумя степенями свободы [9]. В результате сопротивление прово - локи не подчиняется классическому закону R = ρ ⋅ L/S. Вместо этой простой формулы для вычисления сопротивле - ния нанопроволоки нужно проводить сложный расчёт значений поперечных энергий удерживаемых электронов с учётом энергии квантования . Анало - гичным образом квантовые свойства проявляются также в оценках ёмко - сти и индуктивности петель из нано - проволоки . Различные типы нанопроволоки широко применяются в электронной промышленности [10]. К классу QW относятся также угле - родные нанотрубки (carbon nanotube – CNT), которые представляют собой кристаллическую структуру из ато - мов углерода в виде трубки с диаме - тром от 0,4 до 5 нм . Наряду с естественными аллотропа - ми графитом и алмазом одностенные углеродные нанотрубки (SWCNT) пред - ставляют собой одну из искусственных структурно - модифицированных форм углерода . С помощью методов ME в 2004 году был изготовлен другой аллотроп угле - рода , получивший название « графен » (graphene). Этот двумерный кристалл углерода состоит из одного слоя ато - мов , расположенных в гексагональной наноструктурной решетке . Структуру одностенной углеродной нанотрубки SWCNT можно предста - вить как свёрнутые одиночные листы графена ( рис . 1). Эта прокатка может выполняться под разными углами и с разной кривизной , что приводит к различным свойствам нанотрубок . При этом диаметр трубки может варьиро - ваться в диапазоне от 4 до 40 нм . Свойства углеродных нанотрубок в значительной степени зависят от типа конечной структуры . То , под каким углом и как плотно « закатано » в трубку « полотно » графена , определяет физи - ческие , химические и электрические свойства конечного типа SWCNT [12]. Существующие методики позволяют синтезировать наноуглеродные труб - ки со свойствами металлических про - водников или полупроводников , а так - же изоляторов . Одна из конструкций под названи - ем « многостенные углеродные нано - трубки » ( М CNT) состоит из вложенных друг в друга , слабо связанных между собой ван - дер - ваальсовыми взаимо - действиями одностенных углеродных нанотрубок . Механические , электрические и электрохимические ( суперконденса - торные ) свойства углеродных нано - трубок хорошо известны . Из - за наноразмерного поперечного сечения электроны распространяют - ся только вдоль оси CNT. В результа - те углеродные нанотрубки часто назы - вают одномерными проводниками . Определённые типы CNT обладают уникальной электропроводностью . Теоретически CNT с высокой элек - Рис . 1. Структуру одностенной углеродной нанотрубки SWCNT можно представить , как свёрнутые одиночные листы графена [11] тропроводностью (« металлические » нанотрубки ) могут работать при токах , плотность которых более чем в 1000 раз превышает допустимую плотность тока в меди [13]. С помощью углеродных нанотрубок можно создавать полупроводники раз - личного типа . В зависимости от типа металла , имплантируемого в кристал - лическую структуру CNT, получаются полупроводники с различным типом проводимости , с малой или средней шириной запрещённой зоны . Легирование углеродных нанотрубок отличается от легирования кремния . Например , щелочные металлы , обла - дающие избытком электронов , приво - дят к проводимости n- типа , поскольку они отдают электроны π - электронной структуре нанотрубки . Напротив , акцепторы π - электронов , такие как FeCl 3 с дефицитом электронов , дей - ствуют аналогично примеси p- типа вследствие того , что они оттягивают π - электроны от вершины валентной зоны . В полупроводниках такого типа ширина запрещённой зоны может варьироваться от нуля до пример - но 2  эВ , а электропроводность может иметь металлический или полупрово - дниковый характер . Используя углерод вместо кремния , который применяется в стандартной технологии , можно будет получать транзисторы CNTFET с уникальными электрическими , оптическими , меха - ническими и тепловыми характери - стиками [14]. Есть одностенные углеродные нано - трубки , которые имеют одну из самых высоких среди существующих в при - роде материалов прочность на растя - жение . Поскольку прочность зависит от структуры нанотрубки , а внутрен -