Введение
ГЛАВА 1. Применение углеродных нанотрубок в качестве чувствительных элементов газовых сенсоров 15
1.1 Анализ перспективности применения микро- и наноструктур на основе углеродных нанотрубок для создания приборов микро- и наноэлектроники, микросистемной техники 15
1.1.1 Газовые датчики сорбционного типа на основе углеродных нанотрубок 18
1.1.2 Газовые датчики ионизационного типа на основе углеродных нанотрубок 20
1.1.3 Газовые датчики ёмкостного типа на основе углеродных нанотрубок 25
1.1.4 Газовые датчики на основе смещения резонансной частоты
1.2 Структура, свойства и методы получения углеродных нанотрубок 31
1.3 Методы контролируемого выращивания углеродных нанотрубок
1.3.1 Химическое осаждение из газовой фазы 33
1.3.2 Плазмохимическое осаждение из газовой фазы
1.4 Механизмы роста углеродных нанотрубок 35
1.5 Анализ факторов, влияющих на структуру и свойства углеродных нанотрубок, полученных методом плазмохимического осаждения из газовой фазы
1.5.1 Влияние состава газовой смеси 37
1.5.2 Влияние уровня мощности плазмы 39
1.5.3 Влияние длительности воздействия аммиака 40
1.5.4 Влияние давления в камере 42
1.5.5 Влияние параметров каталитического слоя 44
1.5.6 Влияния материала подслоя и катализатора на параметры углеродных нанотрубок 47
1.6 Методы локального формирования каталитических центров 49
1.6.1 Метод локального анодного окисления 49
1.6.2 Метод фокусированных ионных пучков 52
1.6.3 Электронно-лучевая литография 53
1.7 Выводы по главе 1 56
ГЛАВА 2. Разработка теоретических основ формирования каталитических центров 59
2.1 Термодинамический анализ процессов в структуре Ni/Cr/Si при формировании каталитических центров и росте углеродных нанотрубок методом плазмохимического осаждения из газовой фазы 60
2.1.1 Термодинамический анализ процессов на этапе нагрева 61
2.1.2 Термодинамический анализ процессов на этапе «активации» 70
2.1.3 Термодинамический анализ процессов на этапе роста 2.2 Отжиг металлических пленок на кремниевой подложке 72
2.3 Особенность процесса обменной диффузии в многослойных структурах 74
2.3.1 Определение ширины диффузионной области в подложке 76
2.4 Размер и плотность каталитических центров на подложке 78
2.5 Выводы по главе 2 83
ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования процессов формирования каталитических центров и роста углеродных нанотрубок методом плазмохимического осаждения из газовой фазы 85
3.1 Исследование влияния материала подслоя на роста УНТ 86
3.2 Исследование технологических режимов формирования каталитических центров и роста углеродных нанотрубок методом плазмохимического осаждения из газовой фазы
3.2.1 Влияние температуры нагрева на формирование каталитических центров 91
3.2.2 Влияние времени активации на формирование каталитических центров 97
3.2.3 Влияние температуры роста на геометрические размеры углеродных нанотрубок 101
3.2.4 Влияние скорости нагрева на параметры углеродных нанотрубок 106
3.2.5 Влияние времени активации на параметры углеродных нанотрубок 109
3.2.6 Влияние времени роста на параметры углеродных нанотрубок
3.3 Разработка и исследование методики локального формирования каталитических центров для роста углеродных нанотрубок 117
3.4 Выводы по главе 3 123
ГЛАВА 4. Разработка и исследование макета газового сенсора с чувствительным элементом на основе углеродных нанотрубок 126
4.1 Разработка конструкции и изготовление макета газового датчика с чувствительным элементом на основе массива вертикально ориентированных углеродных нанотрубок 126
4.2 Исследование макета в режиме вакуумметра 130
4.3 Исследование макета в режиме сенсора газов 137
4.4 Анализ вольт-амперных характеристик макета с помощью метода спектрального анализа 141
4.5 Разработка технологического маршрута изготовления сенсора газов на основе упорядоченного ориентированного массива углеродных нанотрубок 148
4.6 Выводы по главе 4 156
Заключение 157
Список сокращений 159
Список используемых источников 160
