Исследователи из Сколтеха, Университета Аалто и Санкт-Петербургского Политехнического Университета успешно продемонстрировали технологию осаждения оксида цинка на поверхность пленок однослойных углеродных нанотрубок. Отчет об исследовании опубликован в в журнале Nanotechnology, популярно о нем рассказывает пресс-служба Сколтеха.

Однослойные углеродные нанотрубки (ОУНТ) — это цилиндрические структуры диаметром несколько нанометров и длиной несколько микрон, состоящие из атомов углерода. ОУНТ обладают уникальными механическими, электрическими и оптическими свойствами, что сделало их одним из наиболее исследуемых в мире материалов. Возможные применения ОУНТ включают композитные материалы, био- и химические сенсоры, транзисторные структуры. Ранее ученые Сколтеха и Университета Аалто использовали ОУНТ для создания эластичного суперконденсатора.

Но для применения в этих областях углеродные нанотрубки необходимо модифицировать, то есть соединить с другими химическими элементами или соединениями. Поэтому ученые применили метод обработки ОУНТ азотом, разработанный ранее в лаборатории Наноматериалов Сколтеха - нанотрубки в течение получаса выдерживали в контролируемой атмосфере озона. Затем ученые напыляли оксид цинка на поверхность углеродных нанотрубок, используя технологию осаждения атомных слоев (ALD). Последним этапом работы была обработка ультрафиолетом, которая позволила добиться гидрофильности, что позволяет управлять их растворимостью в жидкостях.

Изучение опытных образцов под просвечивающим электронным микроскопом отчетливо показали разницу между нанотрубками, подвергшимися обработке азотом, и образцами без обработки: осаждение оксида цинка на образцах без обработки азотом было неэффективным, оксид цинка не осаждался равномерно на поверхности нанотрубок, а образовывал крупные скопления частиц различной формы. Напротив, на обработанных азотом образцах было достигнуто равномерное осаждение оксида цинка.


а – ПЭМ-изображения образцов ОУНТ после 150 циклов ALD без озонирования, б – ОУНТ после озонирования и покрытия ZnO.

Использование тонких пленок ОУНТ с покрытием из оксида цинка позволили исследователям получить из полевых транзисторов р-типа (в которых носителем заряда являются "дырки") амбиполярные транзисторы (в них носители заряда являются и "дырки" и электроны). В обычных условиях окружающей среды  полевые транзисторы на основе ОУНТ являются транзисторами р-типа, но напыление оксида цинка изменило их свойства.

«Мы объединили ОУНТ, обработанные озоном, и материал ZnO для изменения электрических свойств транзисторного устройства. В отличие от транзисторов р-типа, полученных в условиях окружающей среды, наши транзисторы, основанные на ALD покрытии ОУНТ имеют высокую степень амбиполярности более 90% (Рис. 2г). Такое уникальное амбиполярное поведение может стать серьезным внедрением для технологии изготовления полупроводниковых приборов, в которой только один тип носителей заряда является доминирующим при работе устройства. Именно по этой причине, продемонстрированные нами амбиполярные ОУНТ транзисторы, могут быть использованы для изготовления новых логических схем, а также элементов памяти»,  – приводятся в сообщении пояснения одного из авторов исследования, профессора Сколковского Института Науки и Технологий Альберта Насибулина.