Monografia. VII Mostra da Pós-Graduação do Instituto de Física da UFRGS PORTO ALEGRE, AGOSTO DE 2008

Transcrição

1 Monografia Crescimento de Nanofios de ZnO Emissão de Campo JOÃO W. L. DE OLIVEIRA Daniel L. Baptista (Orientador) José R. Galvão André L. F. Cauduro Henri I. Boudinov VII Mostra da Pós-Graduação do Instituto de Física da UFRGS PORTO ALEGRE, AGOSTO DE 2008

2 Sumário Introdução; Emissão por campo; Crescimento dos nanofios de ZnO; Litografia; Aplicações.

3 Introdução

4 Objetivos Controle do Crescimento e Reprodutibilidade dos Nanofios de ZnO; Nanolitografia para Crescimento de Nanofios Localizados: Microscopia de Força Atômica (AFM); Litografia por Íons Individuais; Litografia por Micro-feixe i Iônico. Emissão por campo com Nanofio de ZnO; Floresta Densa, Ilhas espaçadas, Matrizes.

5 Emissão por Campo

6 Emissão por Campo Emissão de elétron por efeito de campo; de dentro de um sólido para o vácuo; Campo elétrico intenso; Cátodo frio; Equação de Fowler-Nordheim(1928);

7 Emissor de elétrons (nanofio nanofio/nanotubo nanotubo) Gate (poly-si) Microcátodo Insulator (SiO2) Emitter (CNT) 0.8µm Emitter electrode SiO2 (TiW/Mo/TiW)

8 Modelo para emissão de elétrons Sem Campo Energia Potencial Excitação Térmica Com Campo Tunelamento Vácuo Vácuo Metal Metal

9 Modelo para emissão de elétrons Evac Função trabalho Metal Vácuo U(x) = E vac 2 e 1 16πε 0 x EF Φ Umáx U(x) = E vac efx 2 e 16πε 0 1 x Φ (F) ef = φ Δφ Φ ef ( F) = E vac E F 3 e F 4πε 0 1 2

10 Aumento do Campo Formato da Ponta de Emissão: Melhor Pior (a) Cilíndrico; (b) Pirâmide; ()S (c) Semi-Esferoidal; ie id (d) Piramidal. id

11 Esquema de Medida Grade de Si - 3 mm de diâmetro; Vg negativo, E(fonte)= Vg/100 µm; Vg V. Filtro de elétrons secundário -200 V; Va= +80 V; Ia ~ 1pA. Si 100 µm 2 mm 2 mm 10 mm 3mm

12 Corrente X Tensão E-3 ZnO nanowires on Si 70 μm gap 1E-4 1E-5 I (A A) 1E-6 1E-7 1E-8 1E-9 1E x10 3.0x x10 6.0x x10 9.0x x10 1.2x x10 1.5x10 7 E (V/m)

13 Equação de Fowler-Nordheim I = 1,5 10 A Φ 6 E 2 apl 2 β 10,4 exp Φ exp 7 1,5 6,44 10 Φ E β apl I- Corrente do emissor (A); A- Área aparente de emissão (cm²); 1,4x10-7 cm² (matriz) e 3x10-8 cm². E apl - Tensão aplicada (V/cm); Φ- Função de trabalho do emissor (ev); 4,9 ev nanotubo - multicamada. β- Fator de campo aparente.

14 Densidade de Nanotubos Field edshielding geffectect Tubos alinhados são mais eficientes para aplicações de emissão de campo.

15 Distância Ideal a) Distância/Altura= 6 b) Distância/Altura= 2 Distância/Altura= 1 c) Distância/Altura Distância/Altura= 0,4 d) Distância/Altura Nanotubo Distância/Altura

16 Densidade de Nanotubos Floresta densa: 10 9 /cm²; Tubos espaçados: 10 7 /cm²; Matriz: 10 6 /cm²; ~5 µm altura.

17 Corrente X Tensão Matriz: menor campo elétrico aplicado com a maior corrente que passa pelo anodo; β FN

18 Crescimento dos nanofios de ZnO

19 Crescimento de Nanofio Metal catalisador (Au, Sn, Cu) Espessura dos filmes finos de catalisador, 1-10nm; Fluxo de gás entre sccm; Pressão (1-20 mbar) Concentração relativa de pó de grafite e ZnO; Gás de transporte N2/O2 (21%) ou Ar/O2; Temperatura do substrato ( C).

20 Crescimento de Nanofios Semicondutores Síntese Mecanismo Vapor-líquido-sólido (VLS)

21 Crescimento de Nanofio ZnO ZnO (sólido) + C (sólido) Zn (vapor) + CO (vapor) (T>970 C) Fluxo de O2 Zn(vapor) Zn(vapor) 2 C + O 2 = 2 CO Fio 2 CO + O 2 = 2 CO 2 Au Au Crescimento 2 Zn + O 2 = 2 ZnO Yang, P., Yan H., Adv. Mater

22 Floresta de Nanofios Temperatura de crescimento dos nanofios de ZnO: 830 C

23 Morfologias

24

25 Patterning Lithography

26 Nanolitografia por íons individuais Poros em PMMA (máscara) diâmetro ~25 nm

27 Nanofios Individuais de ZnO

28 Aplicação

29 Aplicações Mostradores delgados; Microscópio por feixe de elétron; Nanolitografia; Amplificador de Microonda (compacto); Tubos de Raio-X (portátil).

30 Mostrador por Emissão de Campo

31 Monitor Motorola 15

32 Crescimento de Nanofio de ZnO Emissão por Campo Obrigado! 08/08/2008