Sunday, October 24, 2010
Нанотехнологийн хичээлийн презентэшнүүд тавилаа.
Хичээлтэй холбоотой линкууд булангаас татаж аваарай.
Tuesday, October 19, 2010
CNT гэж юу вэ?
Нано-Электроник хэр ойрхон байна вэ?
Миний бие Солонгос улсад ирээд нано-технологийн чиглэлээр номын дуу сонсоод нэлээд хугацааг өнгөрүүлчихжээ. Энд ирээд сурч мэдсэн хэдий бага ч нүдээр үзэж чихээр сонссон зүйл нэлээд их болов. Зарим нэг шинэ мэдээ мэдээллийг та бүхэнтэй хуваалцахаар энэхүү зүйлийг бичиж байна. Өнөөдөр бид цахиурын эрин (Silicon Era)-д амьдарч байгаа билээ. Магадгүй бид хүн төрөлхтөний нэгэн шинэ эринд шилжих зааг дээр ч амьдарч байгаа азтай хүмүүс байж болох юм. Өөрөөр хэлбэл хүн төрөлхтөн Микро-Электроникийг улам нарийсган, электрон төхөөрөмжийн интеграцыг нэмэгдүүлж маш их багтаамжтай санах ой, өндөр хүчин чадалтай компьютерийн процессор үйлдвэрлэхийг хүсэж байдаг нь тодорхой. Гэвч өнөөгийн микро-электроникийн технологийн гол суурь болсон хагас дамжуулагч цахиур (Silicon) хэмээх материал маш өндөр нягтралтай электрон төхөөрөмж хийхэд шаардлага хангахгүй болох нь өдөр ирэх бүр хөгжиж байгаа электроникийн туршилтуудаас тодорхой болж байгаа юм байна. Тэгвэл цаашид хөгжихийн тулд яах вэ? Хүн төрөлхтөн чулуун зэвсгээ хүрлээр сольж хөгжлийн шинэ шатанд гарсантай адил цахиурыг халж шинэ шатанд гаргах материалын эрэлд мордоод багагүй хугацаа өнгөрчээ. Түүнийгээ ч олоод авсан гэдэгт эргэлзэхгүй байгаа олон арван эрдэмтэд байдаг юм байна. Магадгүй бид удахгүй шилжин орж мэдэх хөгжлийнхөө дараагийн эринг Нүүрстөрөгчийн эрин гэж нэрлэхэд хүргэж магадгүй нэгэн материалын тухай энд дурдая.
Нүүрстөрөгчийн эрин гэж байж болох тухай
Нүүрстөрөгч гэдэг атом хорвоо ертөнцийн түмэн бодис дотор маш чухал үүрэг гүйцэтгэдэг гэдгийг хүн бүр мэднэ. Бидний мах цусан дахь нүүрс-ус гэгддэг нэгдэлд хэчнээн нүүрстөрөгчийн атом байдгыг тоолох аргагүй биз. Органик нэгдлийн гол суурь нь энэхүү нүүрстөрөгчийн атом байдаг билээ. Хүн төрөлхтөний шуналын галыг байнга асааж ирсан очир алмаз (Diamond) ч бас нүүрстөрөгчийн атомуудын бас нэгэн тогтвортой нэгдэл гэдгийг бараг хүн бүхэн мэдэх байх. Тэрээр бат бөх гэдгээрээ урдаа ямар ч материалыг оруулдаггүй билээ. Цахилгаан дамжуулалт бараг байхгүй учир сайн тусгаарлагч юм. Гэтэл бал чулуу мөн л нүүрстөрөгчийн атомуудаас тогтдог боловч цахилгаан дамжуулдаг.
Зураг 1. Графит болон диамонд бүтэц
Миний бие Солонгос улсад ирээд нано-технологийн чиглэлээр номын дуу сонсоод нэлээд хугацааг өнгөрүүлчихжээ. Энд ирээд сурч мэдсэн хэдий бага ч нүдээр үзэж чихээр сонссон зүйл нэлээд их болов. Зарим нэг шинэ мэдээ мэдээллийг та бүхэнтэй хуваалцахаар энэхүү зүйлийг бичиж байна. Өнөөдөр бид цахиурын эрин (Silicon Era)-д амьдарч байгаа билээ. Магадгүй бид хүн төрөлхтөний нэгэн шинэ эринд шилжих зааг дээр ч амьдарч байгаа азтай хүмүүс байж болох юм. Өөрөөр хэлбэл хүн төрөлхтөн Микро-Электроникийг улам нарийсган, электрон төхөөрөмжийн интеграцыг нэмэгдүүлж маш их багтаамжтай санах ой, өндөр хүчин чадалтай компьютерийн процессор үйлдвэрлэхийг хүсэж байдаг нь тодорхой. Гэвч өнөөгийн микро-электроникийн технологийн гол суурь болсон хагас дамжуулагч цахиур (Silicon) хэмээх материал маш өндөр нягтралтай электрон төхөөрөмж хийхэд шаардлага хангахгүй болох нь өдөр ирэх бүр хөгжиж байгаа электроникийн туршилтуудаас тодорхой болж байгаа юм байна. Тэгвэл цаашид хөгжихийн тулд яах вэ? Хүн төрөлхтөн чулуун зэвсгээ хүрлээр сольж хөгжлийн шинэ шатанд гарсантай адил цахиурыг халж шинэ шатанд гаргах материалын эрэлд мордоод багагүй хугацаа өнгөрчээ. Түүнийгээ ч олоод авсан гэдэгт эргэлзэхгүй байгаа олон арван эрдэмтэд байдаг юм байна. Магадгүй бид удахгүй шилжин орж мэдэх хөгжлийнхөө дараагийн эринг Нүүрстөрөгчийн эрин гэж нэрлэхэд хүргэж магадгүй нэгэн материалын тухай энд дурдая.
Нүүрстөрөгчийн эрин гэж байж болох тухай
Нүүрстөрөгч гэдэг атом хорвоо ертөнцийн түмэн бодис дотор маш чухал үүрэг гүйцэтгэдэг гэдгийг хүн бүр мэднэ. Бидний мах цусан дахь нүүрс-ус гэгддэг нэгдэлд хэчнээн нүүрстөрөгчийн атом байдгыг тоолох аргагүй биз. Органик нэгдлийн гол суурь нь энэхүү нүүрстөрөгчийн атом байдаг билээ. Хүн төрөлхтөний шуналын галыг байнга асааж ирсан очир алмаз (Diamond) ч бас нүүрстөрөгчийн атомуудын бас нэгэн тогтвортой нэгдэл гэдгийг бараг хүн бүхэн мэдэх байх. Тэрээр бат бөх гэдгээрээ урдаа ямар ч материалыг оруулдаггүй билээ. Цахилгаан дамжуулалт бараг байхгүй учир сайн тусгаарлагч юм. Гэтэл бал чулуу мөн л нүүрстөрөгчийн атомуудаас тогтдог боловч цахилгаан дамжуулдаг.
Зураг 1. Графит болон диамонд бүтэц
Зураг 2. Buckyball буюу С60 молекул
1985 онд Английн Сюсексийн их сургуулийн Харри Крото, Техасийн Райс их сургуулийн Ричард Смоли нар нүүрстөрөгчийн атомын ууршилтыг судлах цуврал судалгааны үеэрээ хийн төлөв дэх нүүрстөрөгчийн нэгдлүүдийн спектрометрийн судалгааны үр дүнд 60 ширхэг нүүрстөрөгчийн атомаас тогтсон маш тогтвортой нэгдэлийг илрүүлжээ. Энэ нь яг хөл бөмбөгийн бөмбөгний хэлбэр бүхий бүтэцтэй нүүрстөрөгчийн атомуудаас тогтсон нэгдэл юм. Үүнийг buckyball молекул гэх бөгөөд энэ нь маш тогтвортой элемент болохыг онолын судалгаанууд харуулдаг байна. Ийм нэгэн сонирхолтой материалыг нээснээр энэ материалыг судлах ажил дэлхийн өнцөг булан бүрт өрнөжээ. Хаа сайгүй байдаг нүүрстөрөгчийн атомаас л бүтдэг хэрнээ маш батбөх, тусгаарлагч байж чаддаг очир алмаз, цахилгаан дамжуулдаг хэрнээ цаасан дээр зурахад л үйрч бутран мөр үлдээдэг бал чулуу зэрэг өөр өөр шинж чанартай материал болдог энэхүү атомыг судалсанаар түүний олон чухал шинж чанаруудыг нээсээр байна. Ийм сонирхолтой атом нүүрстөрөгчөөс өөр байдаггүй гэхэд нэг их буруудахгүй байх.
Buckyball молекулийн бүтцийг харвал 1 нүүрстөрөгчийн атом өөр 3 нүүрс-төрөгчийн атомтой ковалент холбоо үүсгэн тогтдог учир бат бөхөөрөө очир алмазыг гүйцэхгүй ч гэлээ хангалттай бөх нэгдэл болдог. Очир алмазын хувьд 1 нүүрстөрөгчийн атом 4 нүүрстөрөгчийн атомтой холбогддог. Нүүрстөрөгч нь валентийн бүрхүүлдээ 4 электронтой байдаг учир бүгд холбоосонд оролцсоноор маш бат бөх холбоо үүсдэг байна.
Эрдэмтэд buckyball-ийг хэд хэдэн зүйлд хэрэглэгдэж болох юм гэж үзэж байна.
1. Маш бат бөх учир зэвсэглэлд хэрэглэж болно.
2. Лазерийн туяанд эвдэрдэгггүй учир хуяг дуулганд хэрэглэж болно.
3. ДОХ өвчнийг үүсгэгч ХДХВирустэй тэмцэхэд хэрэглэж болно. Учир нь ХДХВ-ийн хөгжлийг түргэсгэгч ХДХВ-1 протейнийг C60-ийн усанд уусдаг нэгдэлүүд задалдаг болохыг тогтоожээ.
4. Buckyball-той нэгдсэн өөр өөр нэгдэлүүд хэт дамжуулагчаас эхлээд тусгаарлагч хүртэл төрөл бүрийн цахилгаан шинж чанартай материалуудыг бий болгодог байна.
5. Түүний дараагийн шатны материал болох Carbon Nano Tube-ийг бий болгоход ашиглаж болох юм.
CNT гэж юу вэ?
CNT гэдэг нь Carbon Nano Tube гэдэг материалын товчилсон нэр юм. Би цаашид үүнийг CNT гэж бичнэ. Бал чулуу буюу Graphite-ийн бүтэц нь зургаан талт тойрог бүтцээс тогтсон нимгэн хуулдаснууд юм. (Зураг 1). Тэгвэл түүний нэг хуулдасыг авч үзье. Энэ нимгэн нэг атомын зузаантай хуулдасанд дандаа 6 талт хэлбэр бүхий холбоос байгаа. Түүний зарим нэг холбоосыг 5 талтаар соливол бөмбөрцөг хэлбэртэй буюу buckyball молекул үүснэ. Хэрэв энэ нимгэн хуулдасыг хуйлж болдог байгаад битүүлж наавал нимгэн ханатай хоолой хэлбэртэй болно. Тэгвэл ийм нэгдэл байж болдог болохыг 1991 онд Японы NEC-д ажиллаж байсан эрдэмтэн
Dr. Sumio Iijima нээжээ. Тэрээр энгийн электроник, мэдээллийн технологийн инженер байсан бөгөөд анх электрон микроскоп зохион бүтээх сонирхолдоо хөтлөгдөн судалгаа хийж явсаар Физикч мэргэжилтэй болсноор түүнийгээ ч хийж чадсан бөгөөд материал шинжлэлийн том эрдэмтэн болсон байна. Тэрээр АНУ-ын Аризонагийн улсын их сургуульд очиж 12 жил эрдэм шинжилгэний ажил хийсэн бөгөөд энэ хугацаандаа дэлхийн анхны атомын түвшинд бодисын бүтцийг харуулдаг электрон микроскоп бүтээжээ. Тэрээр “Шинжлэх ухаанаар оролдож байгаа бол хүний хийснийг битгий давт, хийгээгүйг хий” гэдэг зарчмыг АНУ-д байхдаа сурсан гэж ярих дуртай нэгэн юм.
1982 онд Dr. Sumio Iijima Япондоо буцаж ирээд эрдэм шинжилгээний байгууллагад ажиллаж байгаад 48 настайдаа алдарт NEC-д ажилд орсноор анх удаа компаний ажилтан болсон байна. Өндөр ваакуум орчинд ажиллах, маш өндөр нарийвчлалтай электрон микроскоп бүтээх сонирхол нь түүнийг тэнд аваачжээ. Учир нь Их сургуулийн түвшинд тийм үнэтэй багаж төхөөрөмж зохион бүтээх боломжгүй байсан бөгөөд томоохон компаниуд судалгааны ажилд их хөрөнгө хаяж байсан нь нөлөөлжээ.
CNT нь үндсэндээ хуйлсан graphene (graphite-ийн нэг хуулдас)-ий хоолой бөгөөд графиний нүүрстөрөгчийн 6 талт холбооны симметрийн тэнхлэгтэй ямар өнцгөөр хуйлав гэдгээрээ эрс тэс өөр өөр шинж чанартай хоолойнууд болдог маш сонирхолтой нано-материал юм.
Зураг 3. Өөр өөр чиглэлтэй хоолойнууд
CNT гэдэг нь Carbon Nano Tube гэдэг материалын товчилсон нэр юм. Би цаашид үүнийг CNT гэж бичнэ. Бал чулуу буюу Graphite-ийн бүтэц нь зургаан талт тойрог бүтцээс тогтсон нимгэн хуулдаснууд юм. (Зураг 1). Тэгвэл түүний нэг хуулдасыг авч үзье. Энэ нимгэн нэг атомын зузаантай хуулдасанд дандаа 6 талт хэлбэр бүхий холбоос байгаа. Түүний зарим нэг холбоосыг 5 талтаар соливол бөмбөрцөг хэлбэртэй буюу buckyball молекул үүснэ. Хэрэв энэ нимгэн хуулдасыг хуйлж болдог байгаад битүүлж наавал нимгэн ханатай хоолой хэлбэртэй болно. Тэгвэл ийм нэгдэл байж болдог болохыг 1991 онд Японы NEC-д ажиллаж байсан эрдэмтэн
Dr. Sumio Iijima нээжээ. Тэрээр энгийн электроник, мэдээллийн технологийн инженер байсан бөгөөд анх электрон микроскоп зохион бүтээх сонирхолдоо хөтлөгдөн судалгаа хийж явсаар Физикч мэргэжилтэй болсноор түүнийгээ ч хийж чадсан бөгөөд материал шинжлэлийн том эрдэмтэн болсон байна. Тэрээр АНУ-ын Аризонагийн улсын их сургуульд очиж 12 жил эрдэм шинжилгэний ажил хийсэн бөгөөд энэ хугацаандаа дэлхийн анхны атомын түвшинд бодисын бүтцийг харуулдаг электрон микроскоп бүтээжээ. Тэрээр “Шинжлэх ухаанаар оролдож байгаа бол хүний хийснийг битгий давт, хийгээгүйг хий” гэдэг зарчмыг АНУ-д байхдаа сурсан гэж ярих дуртай нэгэн юм.1982 онд Dr. Sumio Iijima Япондоо буцаж ирээд эрдэм шинжилгээний байгууллагад ажиллаж байгаад 48 настайдаа алдарт NEC-д ажилд орсноор анх удаа компаний ажилтан болсон байна. Өндөр ваакуум орчинд ажиллах, маш өндөр нарийвчлалтай электрон микроскоп бүтээх сонирхол нь түүнийг тэнд аваачжээ. Учир нь Их сургуулийн түвшинд тийм үнэтэй багаж төхөөрөмж зохион бүтээх боломжгүй байсан бөгөөд томоохон компаниуд судалгааны ажилд их хөрөнгө хаяж байсан нь нөлөөлжээ.
CNT нь үндсэндээ хуйлсан graphene (graphite-ийн нэг хуулдас)-ий хоолой бөгөөд графиний нүүрстөрөгчийн 6 талт холбооны симметрийн тэнхлэгтэй ямар өнцгөөр хуйлав гэдгээрээ эрс тэс өөр өөр шинж чанартай хоолойнууд болдог маш сонирхолтой нано-материал юм.
Зураг 3. Өөр өөр чиглэлтэй хоолойнууд
CNT нь хоёр тал нь задгай байж болох ч хагас buckyball-оор битүүмжлэгдсэн байж болдог байна. Хоолой нь хэдэн 6 талтын хэмжээтэй хуйлав гэдгээсээ хамаарч 2.5-30 nm диаметртэй байж болох бөгөөд урт нь хэдэн арван нанометрээс авахуулаад нэлээд хэдэн микрометр хүрдэг. Түүнчлэн диаметртэйгээ харьцуулахад маш урт учир хоолой гэж нэрлэхээс өөр аргагүй юм.
Анх Dr. Sumio Iijima-гийн нээсэн хоолой бол дотор дотроо давхарлагдсан олон давхар хоолойнууд буюу Multi Wall CNT (MWCNT) байсан бөгөөд хожим дан ханатай буюу Single Wall CNT (SWCNT) –г нээсэн юм.
Анх Dr. Sumio Iijima-гийн нээсэн хоолой бол дотор дотроо давхарлагдсан олон давхар хоолойнууд буюу Multi Wall CNT (MWCNT) байсан бөгөөд хожим дан ханатай буюу Single Wall CNT (SWCNT) –г нээсэн юм.
Зураг 4. Олон ханатай CNT
CNT-г гаргаж авах гурван үндсэн арга байдаг.
1. Нуман цахилалтын арга: хоёр бал чулуун электродыг тогтмол гүйдлээр нам даралттай гелийн орчинд нуман цахилалт үүсгэх замаар гаргаж авах бөгөөд анод катод хоёулаа графит байвал олон ханатай CNT, анод нь Ni, Co зэрэг металлуудаар хийгдсэн байвал нэг ханатай CNT үүсдэг. Энэ аргаар маш цөөн тоотой CNT үүсдэг.
2. Лазер шарлагын арга: бал чулууг 1200оС орчинд лазераар шарж, Ar хийгээр хүйтэн зэс коллектор луу үлээлгэж гаргаж авдаг. Энэ аргын сул тал нь маш их эрчим хүч шаарддаг.
3. Химийн тундасжуулах арга: Тусгай шингэн дотор графит анод катодын хооронд электролиз явуулсанаар үүссэн тунадас нь маш их хэмжээний CNT үүсдэг бөгөөд CNT нь электролизэд хэрэглэгдсэн бодисоор дүүргэгддэг сул талтай. Гэвч зарим тохиолдолд төрөл бүрийн бодисоор дүүргэгдсэн CNT гаргаж авах шаардлага гардаг байна.
Зураг 5. Электрон микроскопоор авсан CNT-ийн зураг
2. Лазер шарлагын арга: бал чулууг 1200оС орчинд лазераар шарж, Ar хийгээр хүйтэн зэс коллектор луу үлээлгэж гаргаж авдаг. Энэ аргын сул тал нь маш их эрчим хүч шаарддаг.
3. Химийн тундасжуулах арга: Тусгай шингэн дотор графит анод катодын хооронд электролиз явуулсанаар үүссэн тунадас нь маш их хэмжээний CNT үүсдэг бөгөөд CNT нь электролизэд хэрэглэгдсэн бодисоор дүүргэгддэг сул талтай. Гэвч зарим тохиолдолд төрөл бүрийн бодисоор дүүргэгдсэн CNT гаргаж авах шаардлага гардаг байна.
Зураг 5. Электрон микроскопоор авсан CNT-ийн зураг
CNT-ийн физик шинж чанарууд
Энэхүү нано хэмжээтэй материалын физик шинж чанар эрдэмтдийн анхаарлыг маш хүчтэй татаж байгаа билээ. Тэрээр дулаан дамжуулалтаараа диамонд шиг сайн байдаг учир Японы Fujitsu компани электроникийн хамгийн сайн хөргөлтийн системийг (Cooler) хийж туршсан байна. Мөн цахилгаан дамжуулалтаараа 109 А/см2 хүрдэг ба энэ нь CNT-г 1 см2 хөндлөн оготлолын талбайтай болгож багцлаад цахилгаан гүйдэл гүйлгэвэл 1 Гегаампер гүйдэл гүйнэ гэсэн үг юм. Тэгэхэд металлын энэ шинж чанар 105 А/см2 хүрдэг байна. Тэгэхээр металлаас бараг 10,000 дахин өндөр дамжуулалттай байна. Түүнээс гадна түүний бат бөх чанар нь гангаас 100 дахин их бөгөөд маш уян харимхай байдаг нь түүний Юнгийн модуль 1.28-1.8 TPa буюу гангаас бараг 8 дахин их байгаагаар харагддаг.
CNT ба Электроник
Тэрээр ийм сонирхолтой физик шинж чанартайгаас гадна хамгийн сонирхолтой нь хагас дамжуулагч болж чаддагт байгаа юм. Armchair хоолой маш сайн дамжуулагч болдог байхад zigzag хоолой хагас дамжуулагч болдог байна. Тиймээс ч CNT нь компьютерийн электроникт цахиурыг халах шинэ материал гэж тооцогдож байна.
Зураг 6. Графиний 6 нүүрстөрөгчийн атомын энергийн зурвасын бүтэц
Зураг 6-д үзүүлсэн энергийн түвшиний (Band Structure) зургаас дамжууллын зурвас (Conduction band), валентын зурвас (Valence band) хоёрын дундуур орж ирсэн электронд замд нь юу ч саад болохгүйгээр урсан өнгөрөх боломжтой зайг ажиглаж болох юм. Өөрөөр хэлбэл ky=0 цэгээс kx тэнхлэгтэй паралель шулуун дагуу хөндий нэвт зайгаар электрон ямар ч саадгүй, хэт дамжууллын гүйдэл мэт өнгөрнө гэсэн үг юм. Ийм учраас Armchair tube цахилгаан дамжуулалт маш сайтай байдаг байна. Тэгвэл Zigzag tube-ийн хувьд электрон заавал дамжууллын зурвасаар дамжиж өнгөрөх шаардлагатай болно. Зураг 6.б-д 6.а зургийн Ef (Band Gap) энергийн зурвасуудын заагаар хөндлөн оготлолыг харуулсан болно. 6 талтын өнцөг бүр дээр нүүрстөрөгчийн атом байрлаж байгааг бид мэднэ. Харин энэхүү Zigzag tube маань Р төрлийн хагас дамжуулагчийн шинж чанартай болохыг олон эрдэмтэд нотолж чадсан байна.
Энэхүү нано хэмжээтэй материалын физик шинж чанар эрдэмтдийн анхаарлыг маш хүчтэй татаж байгаа билээ. Тэрээр дулаан дамжуулалтаараа диамонд шиг сайн байдаг учир Японы Fujitsu компани электроникийн хамгийн сайн хөргөлтийн системийг (Cooler) хийж туршсан байна. Мөн цахилгаан дамжуулалтаараа 109 А/см2 хүрдэг ба энэ нь CNT-г 1 см2 хөндлөн оготлолын талбайтай болгож багцлаад цахилгаан гүйдэл гүйлгэвэл 1 Гегаампер гүйдэл гүйнэ гэсэн үг юм. Тэгэхэд металлын энэ шинж чанар 105 А/см2 хүрдэг байна. Тэгэхээр металлаас бараг 10,000 дахин өндөр дамжуулалттай байна. Түүнээс гадна түүний бат бөх чанар нь гангаас 100 дахин их бөгөөд маш уян харимхай байдаг нь түүний Юнгийн модуль 1.28-1.8 TPa буюу гангаас бараг 8 дахин их байгаагаар харагддаг.
CNT ба Электроник
Тэрээр ийм сонирхолтой физик шинж чанартайгаас гадна хамгийн сонирхолтой нь хагас дамжуулагч болж чаддагт байгаа юм. Armchair хоолой маш сайн дамжуулагч болдог байхад zigzag хоолой хагас дамжуулагч болдог байна. Тиймээс ч CNT нь компьютерийн электроникт цахиурыг халах шинэ материал гэж тооцогдож байна.
Зураг 6. Графиний 6 нүүрстөрөгчийн атомын энергийн зурвасын бүтэц
Зураг 6-д үзүүлсэн энергийн түвшиний (Band Structure) зургаас дамжууллын зурвас (Conduction band), валентын зурвас (Valence band) хоёрын дундуур орж ирсэн электронд замд нь юу ч саад болохгүйгээр урсан өнгөрөх боломжтой зайг ажиглаж болох юм. Өөрөөр хэлбэл ky=0 цэгээс kx тэнхлэгтэй паралель шулуун дагуу хөндий нэвт зайгаар электрон ямар ч саадгүй, хэт дамжууллын гүйдэл мэт өнгөрнө гэсэн үг юм. Ийм учраас Armchair tube цахилгаан дамжуулалт маш сайтай байдаг байна. Тэгвэл Zigzag tube-ийн хувьд электрон заавал дамжууллын зурвасаар дамжиж өнгөрөх шаардлагатай болно. Зураг 6.б-д 6.а зургийн Ef (Band Gap) энергийн зурвасуудын заагаар хөндлөн оготлолыг харуулсан болно. 6 талтын өнцөг бүр дээр нүүрстөрөгчийн атом байрлаж байгааг бид мэднэ. Харин энэхүү Zigzag tube маань Р төрлийн хагас дамжуулагчийн шинж чанартай болохыг олон эрдэмтэд нотолж чадсан байна.
Zigzag tube Armchair tube
Зураг 7. Металл-Хагасдамжуулагч шилжилт бүхий CNT диод
Зураг 7-д үзүүлсэн хоёр өөр чиглэлтэй хоолойнуудын дунд ердийн Металл-Хагасдамжуулагч шилжилтийг ашиглан хийсэн диод шиг (Шотки диод гэж байдаг) нано-диод үүсэх бөгөөд электрон зөвхөн Zigzag tube-ээс Armchair tube рүү урсана. Эсрэг тийшээ гүйдэл буюу электроний урсгал байхгүй учир үүнийг диод гэж нэрлэх нь зүйн хэрэг.
General Electric компани 2005 оны 8-р сард идеаль диодтой ижил CNT диод гаргаж авсанаа зарлажээ. Өөрөөр хэлбэл цахилгаан гүйдэл дамжуулдаг “шууд” чиглэлдээ өөр дээрээ хүчдэл унагадаггүй бөгөөд “урвуу” чиглэлдээ огт гүйдэл гүйлгэдэггүй диод гаргаж авсан байна.
1998 онд Станфордын их сургууль болон Голландын Делфт Технологийн их сургуульд нэгэн зэрэг шахуу CNT-ээр транзистор хийх туршилтууд амжилттай болжээ.
Зураг 7. Металл-Хагасдамжуулагч шилжилт бүхий CNT диод
Зураг 7-д үзүүлсэн хоёр өөр чиглэлтэй хоолойнуудын дунд ердийн Металл-Хагасдамжуулагч шилжилтийг ашиглан хийсэн диод шиг (Шотки диод гэж байдаг) нано-диод үүсэх бөгөөд электрон зөвхөн Zigzag tube-ээс Armchair tube рүү урсана. Эсрэг тийшээ гүйдэл буюу электроний урсгал байхгүй учир үүнийг диод гэж нэрлэх нь зүйн хэрэг.
General Electric компани 2005 оны 8-р сард идеаль диодтой ижил CNT диод гаргаж авсанаа зарлажээ. Өөрөөр хэлбэл цахилгаан гүйдэл дамжуулдаг “шууд” чиглэлдээ өөр дээрээ хүчдэл унагадаггүй бөгөөд “урвуу” чиглэлдээ огт гүйдэл гүйлгэдэггүй диод гаргаж авсан байна.
1998 онд Станфордын их сургууль болон Голландын Делфт Технологийн их сургуульд нэгэн зэрэг шахуу CNT-ээр транзистор хийх туршилтууд амжилттай болжээ.
Зураг 8. CNT-ээр хийсэн FET (Оронгийн транзистор)
Хоорондоо 400nm зайтай байрласан цагаан алтан электродууд (шар) дээгүүр хөндлөн байрлуулсан нэг ханатай 1nm диаметр бүхий CNT (улаан) хагас дамжуулагч оронгийн транзисторын адил шинж чанартай болохыг нээсэн нь бас нэгэн том ололт болжээ. Silicon gate-д өгсөн хүчдэлээс хамааран Drain, Source электродуудын хоорондох гүйдэл CNT-ээр дамжин нээгдэж хаагдан ажилладаг. Энэ нь логик “1”, логик “0” гэсэн компьютерийн ажиллагааны гол үндэс юм. Энэхүү транзистор нь маш жижиг хэмжээтэй логик элементүүдийг хийх боломжийг олгож байна.
Логик үйлдэл хийх гэйт хэрхэн хийх вэ?
Логик үгүйсгэгчийг үндсэндээ P төрлийн нэг транзистор, N төрлийн нэг транзистороор хийдэг. Гэтэл CNT маань зөвхөн Р төрлийн хагас дамжуулагчийн шинж чанартай байдгийг өмнө дурдсан билээ. Энэ нь CNT нь агаарын хүчил төрөгчтэй үйлчлэлцсэний үр дүнд бий болж байгааг илрүүлсэн байна. Тэгвэл агаараас тусгаарлавал CNT маань N төрлийн транзистор болдог.
Зураг 9. CNT транзистороор хийсэн логик үгүйсгэгч
Энд Polymethyl Methacrylate (PMMA) хэмээх бодисыг CNT-ийг агаараас тусгаарлахад ашигласан байна. Ийнхүү бид логик үгүйсгэгч хийж болж байгаа болохоор бусад логик гэйтүүдийг хийж болох нь ойлгомжтой байна.
Single Electron Transistor гэж юу вэ?
Орчин үеийн хамгийн бага гүйдэл хэрэглэдэг микротехнологийн ганц FET-ийг нээж хаахад 1 сая ширхэг электрон шаардлагатай болдог байна. Энэ нь транзисторыг нээж хаан удирдахад хугацаа шаардагдаж улмаар ажиллах хурд хязгаарлагдах үндэс болдог. Тэгвэл хамгийн хурдан транзистор хийе гэвэл ердөө ганц электрон оруулахад л нээгддэг, түүнийгээ гаргахад хаагддаг транзистор шаардлагатай юм.
Зураг 10. Хамгийн хялбар SET
2001 онд Голландын Делфт Технологийн их сургуульд CNT-ээр Single Electron transistor (SET)-ийг амжилттай туршсан байна. Хоёр алтан электродыг холбосон CNT-г Атомын Хүчний Микроскопын мэдрэгчээр түлхэж хоорондоо 20nm орчим зайтай хоёр газар муруйлгасан нь хоолойн цахилгаан дамжуулах шинж чанарт өөрчлөлт оруулжээ. Ингэснээр хоолой цахилгаан дамжуулах чадваргүй маш өчүүхэн аралтай гол шиг болсон бөгөөд энэ арал руу Тунелийн үзэгдэлээр ганц электрон орж ирвэл транзистор нээгдэн хоёр алтан электродыг цахилгаан гүйдлээр холбоно. Ийнхүү ганц транзистор “нугалахын” тулд хэдэн цаг шаардсан бөгөөд олон сая транзистор бүхий систем яаж хийхийг төсөөлөхийн аргагүй байна гэж үүнийг нээсэн эрдэмтэд өгүүлжээ.
CNT ба Санах ой
Компьютерийн хөгжлийн нэгэн чухал сэдэв бол санах ойн багтаамж гэдэгтэй хүн бүр санал нийлнэ гэдэгт би эргэлзэхгүй байна. Өнөөдөр маш олон эрдэмтэд CNT-ийг санах ойд хэрхэн ашиглах вэ гэдгээр судалгааны ажил өрнүүлж байна. Хэдийгээр CNT-ийг цахиурын кристалл шиг их хэмжээгээр үйлдвэрлэх технологи хүндрэлтэй байгаа ч энэ технологиор хийсэн асар өндөр хурдтай (100GHz давтамжаар ажилладаг), асар их багтаамжтай (1 триллион бит/см2 буюу 1 см2 талбайд 31 DVD дискний мэдээлэл багтдаг), RAM ч болдог ROM ч болдог универсал санах ой NRAM гэгч тун удахгүй гарах гэж байгааг Nantero компаний мэргэжилтнүүд зарлаад байгаа билээ. Ө.х . ийм үзүүлэлттэй Flash disk болно.
PS: өнөөгийн хамгийн хурдан RAM 533MHz, DVD-ний багтаамж 5Gbyte орчим юм.
CNT-ийг гартаа оруулах тухай буюу Self-assembly гэж юу вэ?
Үнэхээр энэ жижигхэн нүүрстөрөгчөөөс бүтсэн нано-утас хүн төрөлхтөний хөгжлийн түүхэнд хэчнээн чухал үүрэг гүйцэтгэх нь тодорхой болсон ч CNT-ийг их хэмжээгээр үйлдвэрлэн гаргахад маш өндөр зардалтай бөгөөд хүссэн төрлөө гаргаж авах, хүссэн байрлалд оруулж тавих зэрэг нь технологийн хүндрэлтэй асуудал хэвээр байсаар байгаа билээ. Хэрвээ хүн төрөлхтөн эдгээрийг шийдсэн технологитой болвол хүн цахиуран зэвсгээ нүүрстөрөгчөөр солих цаг хаяанд иржээ гэдэг тодорхой байна. Дээр дурдсан одоогоор мэдэж буй аргууд зөвхөн лабораторийн нөхцөлд багахан хэмжээний CNT гаргаж авахад л хэрэглэгддэг болохоос олон зуун сая төхөөрөмж үйлдвэрлэх ямар ч боломжгүй юм. Тэгвэл яаж энэ технологийг нээх вэ гэдэг рүү материал судлалын олон эрдэмтэд, нанотехнологичид хошуурцгааж байна.
Нано буюу 10^-9 метр хэмжээтэй биетүүдийг эвлүүлж угсран бүтээдэг арга техно-логийг хүн төрөлхтөн хайж байгаа хэдий ч өөрсдөө ийм технологийн үр дүн гэдгээ мэдэж байгаа билээ. Байгаль ертөнц бүх зүйлсийг хэдэн биллион жилийн өмнөөс нанотехнологоор бүтээжээ. Амьд биетийн гаднаас авсан шим тэжээл атом молекулын түвшинд эвлүүлэгдэн угсрагдсаар амьтан, ургамал, хөрс, байгаль бүтсэн гэдэг нь ойлгомжтой байна. Иймээс аливаа нанобиетүүд өөрөө өөрийгөө нөхөн төлжүүлдэг (Self-assembly) механизмыг биологийн шинжлэх ухаанаар судалж байна. Амьд эс хэрхэн өөрөө өөрийгөө ургуулан нөхөн төлжүүлдэгийн адил CNT-ийг ургуулан гаргаж авах нь түүнийг их хэмжээгээр үйлдвэрлэн, хүссэнээрээ угсарч эвлүүлэн бүтээгдэхүүн хийх нэгэн арга зам болно хэмээн биологийн эрдэмтэд шинжилгээ судалгаагаагаа явуулсаар байна. Өөрөө ургадаг Flash disk, компьютерийн процессор байна гээд төсөөлөөд үздээ.
Subscribe to:
Posts (Atom)