[發明專利]一種去除碳納米管陣列中金屬性碳納米管的方法

在審

• 申請號: 201410119928.1
• 申請日: 2014-03-27
• 公開（公告）號: CN103943458A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 仲東來;張志勇;彭練矛;王勝
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理事務所(普通合伙) 11200
• 代理人: 余長江

技術領域

本發明涉及一種去除碳納米管陣列中金屬性碳納米管的方法，是利用當金屬性碳納米管和半導體碳納米管與金屬鈦接觸時，肖特基勢壘大小會有差別，導致同樣的電壓下電流有所區別。基于此，可以去掉金屬性碳納米管，獲得全半導體碳納米管陣列。

背景技術

在石英基底上可以規模生長碳納米管平行陣列材料，滿足后續規模制備器件和集成電路的需求，自然生長的碳納米管陣列既有半導體碳納米管，又有零帶隙的金屬性碳納米管，而后者的存在對實現碳納米管數字集成電路是絕不允許的。目前，可能解決這個問題的方法有三種：

（1）在碳納米管生長階段，使用一些特殊碳源，如異丙醇，或者加入特殊的催化劑，如水，可以實現一定的選擇性生長，提高半導體碳納米管的比例，問題在于半導體金屬性的比例需要達到至少100:1，才有可能滿足數字電路所需的開關比，這是很難做到的；

（2）電流灼燒法，利用柵把半導體碳管關斷，加比較大的電壓，功率超過90μW/μm，才可以將金屬性碳納米管燒斷，這對半導體碳納米管的性能會造成損傷，同時金屬管并未完全去掉；

（3）2013年J.A.Rogers在Nature?Nanotechnology上發表一篇Using?nanoscale?thermocapillary?flows?to?create?arrays?of?purely?semiconducting?single-walled?carbon?nanotubes，里面提到在生長好的碳納米管陣列上蒸上TPPA（Trishydroxyphenylethylisopropylbezene），通過部分柵關斷半導體碳納米管，而金屬管電流不受影響，加電壓1.33μW/μm，基底溫度60℃，通電5分鐘，金屬管上的膠會被燒開，再干法刻蝕，去膠就可以得到半導體碳納米管陣列，不過柵制作方法復雜，碳納米管利用率不高。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明旨在提供一種簡單、不損傷半導體碳納米管性能的去掉金屬性碳納米管，獲得全半導體性碳納米管陣列的方法。

本發明的技術方案如下：

一種去除碳納米管陣列中金屬性碳納米管的方法，包括以下步驟：

1）在基底上制備碳納米管陣列；

2）在生長好碳納米管陣列的基底上制作源漏電極，制作源漏電極的金屬為可以和半導體碳納米管形成肖特基接觸的金屬；

3）使用恒壓源或者周期性電源給源漏電極加電壓，燒斷金屬性碳納米管；

4）去除源漏電極。

本發明中碳納米管陣列是在各種有晶格取向的基底上，如石英、藍寶石等，通過化學氣相沉積（CVD）法或者其他外加電場的方法制備得到的碳納米管陣列；

本發明中的源漏電極可以是Ti、Al、Cu、Cr、Ca等各種可以與半導體性碳納米管形成肖特基接觸的金屬，接觸可以既可以采用對稱接觸也可以采用非對稱接觸，即源漏電極所用的金屬可以都是Ti、Al、Cu、Cr、Ca中的一個，也可以是他們的兩兩組合。溝道長度從2μm到30μm；

進一步地，步驟3）中，使用恒壓源給源漏電極所加電壓為5V/μm以上，通電5分鐘以上。

進一步地，步驟3）中，還包括給源漏電極加電壓的同時對碳納米管陣列施以微波，輔助燒斷金屬性碳納米管。

進一步地，步驟3）中，還包括通電之前在基底上蒸鍍一層TPPA并加熱基底，使用周期性電源在源漏電極之間加上依次從8V/μm上升到14V/μm的電壓，燒開金屬性碳納米管上的TPPA；刻蝕掉未被TPPA保護的金屬性碳納米管后去掉TPPA殘膠。

進一步地，步驟4）中，使用KI/I₂溶液等溶解源漏電極。

本發明中涉及到微波，微波頻率為2GHz到3GHz，優選2.45GHz，被金屬性碳納米管吸收更多，發熱更多。

本發明中涉及需要對基底加熱，加熱溫度從60℃到100℃都可以。

本發明中涉及到刻蝕，使用ICP或者RIE等各種干法刻蝕設備，反應氣體為O₂/CF₄1:1混合，刻蝕時間為25s到30s。

進一步地，使用干法刻蝕將金屬性碳納米管刻蝕掉，使用有機溶劑或者高溫法去掉TPPA殘膠。

本發明中涉及到去TPPA殘膠的方法，可以是在真空中或者惰性氣體（如Ar氣）保護下高溫600℃及以上，5個小時及以上蒸發，或者通過一些有機溶劑溶解。

與現有技術相比，本發明的積極效果為：