[發明專利]圖形化碳納米管薄膜或陣列的方法

無效

• 申請號: 200910092603.8
• 申請日: 2009-09-14
• 公開（公告）號: CN101654219A
• 公開（公告）日: 2010-02-24
• 發明（設計）人: 劉忠范;章國明;吳迪;焦麗穎
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;C01B31/02;B82B3/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司
• 代理人: 關 暢

技術領域

本發明涉及一種碳納米管薄膜或陣列的加工方法，特別是涉及一種圖形化碳納 米管薄膜或陣列的方法。

背景技術

碳納米管自被發現以來因其優良的電學和力學性質受到人們的廣泛關注。其潛 在的運用領域，例如平板顯示器，邏輯電路，傳感器以及能量存儲等都需要將獲得 的碳納米管薄膜或陣列進行截斷或圖形化。目前，對于圖形化碳納米管薄膜以及陣 列主要有以下幾種方式：1)對于多壁碳納米管，采用圖形化催化劑，然后定位生長 的方式。利用這種方法獲得的碳納米管圖形化陣列為垂直于表面的多壁碳納米管陣 列。這種結構一般運用于場發射器件。然而這種方式并不適用于單壁碳納米管薄膜 和陣列；2)對于單壁碳納米管薄膜和陣列，一般采用的方法為光刻刻蝕的方式將原 本較長的碳納米管截斷為合適的圖形。這種方法大量運用在制備碳納米管場效應晶 體管(FET)以及邏輯電路中。但是這種方法由于采用了傳統的光刻刻蝕技術，在制 備過程中首先需要采用各種溶劑。此外，在制備器件過程中往往需要運用套刻等技 術，不但降低了效率也使器件良品率無法得到保證。3)利用氧化性溶液將碳納米管 截斷的方式也被廣泛運用，該方法是將碳納米管分散在溶液中通過強酸氧化切短， 獲得具有一定長度分布的碳納米管；該方法獲得的截斷的碳納米管由于處于溶液相 中，在后續運用中存在定位的困難，且由于大量氧化性溶劑的使用，會影響甚至改 變碳納米管本身的性質。

發明內容

本發明的目的是提供一種圖形化碳納米管薄膜或陣列的方法。

本發明提供的一種對碳納米管薄膜或陣列進行圖形化的方法，包括如下步驟：

1)在生長基底上制備碳納米管薄膜或陣列；

2)在石英基底上制備鈦金屬層；

3)將所述步驟2)制備得到的鈦金屬層氧化為二氧化鈦層；

4)在石英基底上制備鉻光掩膜；

5)將所述鉻光掩膜置于最上層，所述二氧化鈦層置于第二層，所述碳納米管薄 膜或陣列置于最下層，所述二氧化鈦層中的二氧化鈦與所述碳納米管薄膜或陣列接 觸，用紫外光下進行照射，照射完畢移去所述鉻光掩模和所述二氧化鈦層，完成所 述碳納米管薄膜或陣列的圖形化。

該方法的步驟1)中，所述生長基底為Si/SiO₂或氧化鋁基底，厚度為300-800 納米，優選300納米；其中，Si/SiO₂基底是由Si和SiO₂組成的復合基底，Si層位 于下方，SiO₂襯底層與碳納米管薄膜或陣列接觸。制備碳納米管薄膜或陣列的方法 為常用的化學氣相沉積法(CVD)；所述化學氣相沉積法中，原料為甲烷、乙醇、 石油氣、天然氣或煤氣；沉積時間為30-60分鐘，優選40分鐘；沉積溫度為860-980 ℃；沉積壓力為一個標準大氣壓。

步驟2)中，石英基底的厚度為300-1000微米，優選500微米；所述鈦金屬 層的厚度為5-6納米；所述制備鈦金屬層的方法為常用的熱蒸鍍法；在實際操作中， 只需對鈦金屬層的厚度進行設定，各種常用的熱蒸鍍設備即可根據設定的厚度自動 控制工藝條件，得到預期厚度的鈦金屬層。

步驟3)中，氧化的溫度為450-700℃，優選600℃；氧化的時間為0.5-2小 時，優選1小時；氧化的氣氛為空氣氣氛。

步驟4)中，石英基底的厚度為300-1000微米，優選500微米；

所述制備鉻光掩膜的方法為下述方法a或方法b：

方法a，通過遮蔽蒸鍍的方法制備鉻光掩模：先將掩膜固定于石英基底上，再制 備鉻金屬層，去除所述掩膜后得到所述鉻光掩膜；

方法b，通過電子束刻蝕的方法制備鉻光掩模：先在石英基底上制備鉻金屬層， 再在所述鉻金屬層上涂覆一層光刻膠，曝光所述光刻膠，顯影，定影后，用鉻試劑 溶解掉暴露的金屬鉻，得到所述鉻光掩膜；

上述方法a和方法b中，所述制備鉻金屬層的方法為熱蒸鍍法；所述鉻金屬層 的厚度為30-300納米，優選100納米，以保證鉻金屬層能夠有效的阻擋紫外光的 穿透，同時又能保證在金屬薄膜剝離過程中能夠順利剝離。在實際操作中，只需對 鉻金屬層的厚度進行設定，各種常用的熱蒸鍍設備即可根據設定的厚度自動控制工 藝條件，得到預期厚度的鉻金屬層。