Wachstum von Kohlenstoffnanoröhren in elektrischen Feldern

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

1.1 Zielsetzung der Arbeit

1.2 Gliederung der Arbeit

2 Grundlagen

2.1 Struktur von Kohlenstoffnanoröhren

2.2 Mechanische Eigenschaften von Kohlenstoffnanoröhren

2.3 Elektrische Eigenschaften von Kohlenstoffnanoröhren

2.4 Optische Eigenschaften von Kohlenstoffnanoröhren

2.5 Mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren

2.6 Herstellung von Kohlenstoffnanoröhren

2.6.1 Wachstum und Katalysator

2.6.2 Bogenentladung

2.6.3 Laserverdampfung

2.6.4 Thermische CVD - Chemical Vapor Deposition

2.6.5 PECVD - Plasma Enhanced CVD

2.7 Untersuchungsverfahren von Kohlenstoffnanoröhren

2.7.1 REM - Rasterelektronenmikroskop

2.7.2 AFM - Rasterkraftmikroskop

2.7.3 TEM - Transmissions-Elektronenmikroskopie

2.7.4 Ramanspektroskopie

2.8 Defekte der Kohlenstoffnanoröhren

3 Theorie: Simulation und Polarisation im Feld

3.1 Theorie der Polarisation

3.2 Simulation

4 Entwurf, Aufbau und Prozess-Schritte

4.1 Proben - Layout

4.2 Optische Lithographie

4.3 Herstellung der Elektroden

4.4 Aufdampf- und Sputteranlage

4.5 PECVD Anlage und Prozessaufbau

4.6 SMU - Source Measurement Unit

4.7 Wachstum von Kohlenstoffnanoröhren

4.8 Potentialkontrast

5 Auswertung

5.1 Wahl der Parameter

5.1.1 Substrat- und Oxidwahl

5.1.2 Elektrodenmaterial

5.1.3 Katalysatorwahl

5.1.4 Prozessgase

5.1.5 Temperatur und Wachstumszeit

5.1.6 Feldstärke

5.1.7 Potential

5.1.8 Zusammenfassung - optimale Parameter

5.2 AFM- und Ramanuntersuchungen

5.3 Kontaktierung

5.4 Transport-Messung

6 Zusammenfassung

A Anhang

A.1 Rezepte fur optische Lithographie

A.1.1 Lack: ma-P1215

A.1.2 Lack: MAP1205

A.2 Black Magic Programme

A.2.1 CNT Wachstum

A.2.2 Leerlauf

Zielsetzung & Themen

Die Arbeit untersucht die kontrollierte Ausrichtung und das Wachstum von Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) in elektrischen Feldern, um die Grundlage für die Herstellung von auf CNTs basierenden Transistoren (CNTFETs) zu schaffen.

• Untersuchung von Wachstumsparametern zur Steuerung von Ort und Richtung der CNTs.
• Entwicklung und Simulation einer Elektrodengeometrie für die gerichtete Abscheidung.
• Einsatz von CVD-Verfahren zur CNT-Herstellung unter Einfluss elektrischer Felder.
• Charakterisierung der CNT-Qualität mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM), Rasterkraftmikroskopie (AFM) und Ramanspektroskopie.

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 Einleitung: Beschreibt die Entdeckung und das Potenzial von Kohlenstoffnanoröhren sowie das Ziel der Arbeit, deren Wachstum gezielt im elektrischen Feld zu steuern.

2 Grundlagen: Vermittelt physikalische Grundlagen zu Struktur, Eigenschaften, Herstellungsmethoden und Untersuchungsverfahren von Kohlenstoffnanoröhren.

3 Theorie: Simulation und Polarisation im Feld: Behandelt die theoretischen Hintergründe der Polarisation von CNTs und die Simulation elektrischer Feldverläufe zur Ausrichtung.

4 Entwurf, Aufbau und Prozess-Schritte: Erläutert die praktische Probenherstellung, einschließlich Lithographie, Aufdampfprozesse und den Aufbau des PECVD-Systems.

5 Auswertung: Analysiert den Einfluss verschiedener Wachstumsparameter, präsentiert Ergebnisse der Charakterisierung und zeigt Transportmessungen an den Proben.

6 Zusammenfassung: Fasst die Ergebnisse der Arbeit zusammen und bewertet den Erfolg der Optimierung hinsichtlich der gerichteten CNT-Herstellung.

Schlüsselwörter

Kohlenstoffnanoröhren, CNT, CVD, PECVD, elektrische Felder, Feldemission, Nanotechnologie, Rasterelektronenmikroskop, Ramanspektroskopie, Lithographie, Wachstumskontrolle, Halbleiter, Transistoren, Molybdän, Potentialkontrast.

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in der Arbeit grundsätzlich?

Die Arbeit beschäftigt sich mit der gezielten Herstellung und Ausrichtung von Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) unter Einfluss elektrischer Felder für zukünftige Anwendungen in der Nanotechnologie.

Was sind die zentralen Themenfelder?

Die zentralen Themen umfassen die physikalischen Grundlagen der CNTs, die Simulation von elektrischen Feldern sowie die technologische Prozessführung bei der Abscheidung mittels CVD und PECVD.

Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?

Das primäre Ziel ist die Optimierung von Wachstumsparametern, um einzelne, lange und ausgerichtete Kohlenstoffnanoröhren herzustellen, die für Transistoren (CNTFETs) kontaktiert werden können.

Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?

Es wird eine Kombination aus theoretischer Simulation (COMSOL Multiphysics) und experimenteller Halbleiterfertigung (optische Lithographie, CVD-Wachstum) sowie analytischen Methoden (REM, AFM, Raman) angewandt.

Was wird im Hauptteil behandelt?

Der Hauptteil gliedert sich in theoretische Betrachtungen zur Polarisation, die technische Umsetzung des Probendesigns, den eigentlichen Herstellungsprozess und die anschließende Auswertung der Wachstumsergebnisse.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Die Arbeit lässt sich durch Begriffe wie Kohlenstoffnanoröhren, CVD-Wachstum, Feldorientierung, Elektrodengeometrie und elektronische Charakterisierung definieren.

Welches Material wird für die Elektroden empfohlen?

Nach verschiedenen Versuchsreihen erwies sich Molybdän aufgrund seiner thermischen Stabilität und der guten Wuchsergebnisse als das am besten geeignete Elektrodenmaterial.

Warum spielt der Potentialkontrast eine Rolle?

Der Potentialkontrast im Rasterelektronenmikroskop (REM) wird genutzt, um die ansonsten schwer sichtbaren, einzelnen Kohlenstoffnanoröhren zwischen den Elektroden sichtbar zu machen und ihre Kontaktierung zu überprüfen.