[發(fā)明專利]借助彈性材料泊松比提高碳納米管平行陣列密度的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410447621.4
• 申請(qǐng)日: 2014-09-04
• 公開（公告）號(hào): CN104229770A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 司佳;張志勇;彭練矛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B31/02
• 分類號(hào): C01B31/02;B82Y30/00
• 代理公司: 北京君尚知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11200
• 代理人: 俞達(dá)成

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及提高碳納米管平行陣列密度的方法，具體涉及一種借助彈性材料泊松比提高碳納米管平行陣列密度的方法。

背景技術(shù)

碳納米管(CNT)是一種完美的一維材料，具有超長(zhǎng)平均自由程、高遷移率和飽和速度、強(qiáng)柔韌性與化學(xué)穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)硅基場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)相比，碳納米管場(chǎng)效應(yīng)晶體管(CNFET)具有優(yōu)異的靜電控制能力和器件性能，是有望替代硅基芯片技術(shù)的新一代半導(dǎo)體技術(shù)。

由于單根碳納米管場(chǎng)效應(yīng)晶體管的驅(qū)動(dòng)電流低，器件容易受到外界寄生電容的影響，器件速度慢，因此，采用高密度碳納米管平行陣列作為溝道材料對(duì)降低寄生影響、提升電路各項(xiàng)性能至關(guān)重要。對(duì)于構(gòu)建高速、低功耗晶體管，理想目標(biāo)是密度為100-200根/微米的純半導(dǎo)體性碳納米管。

化學(xué)氣相沉積(CVD)生長(zhǎng)是獲得高質(zhì)量大規(guī)模碳納米管平行陣列的有效方法，然而由于生長(zhǎng)過程中催化劑的不斷失效，直接化學(xué)氣相沉積(CVD)生長(zhǎng)的方法很難獲得密度超過40根/微米的碳納米管平行陣列。中國(guó)專利200710075316.7公開了一種高密度碳納米管陣列的制備方法，包括：提供一形成于一基底的碳納米管陣列；提供一高彈性薄膜；均勻拉伸上述的高彈性薄膜后，附著在上述碳納米管陣列上，同時(shí)對(duì)該高彈性薄膜均勻的施加壓力；保持壓力并收縮高彈性薄膜，撤去壓力后，分離碳納米管陣列與高彈性薄膜，從而得到高密度碳納米管陣列。然而，該方法僅僅適用提高垂直于基底生長(zhǎng)的碳納米管陣列的密度，對(duì)于可能在電子器件中有重要應(yīng)用價(jià)值的平行于基片生長(zhǎng)的碳納米管，由于其與基片接觸面積大，范德瓦爾斯力相對(duì)增強(qiáng)，直接滑動(dòng)會(huì)造成碳納米管纏繞彎曲，收縮過程中施加的壓力也會(huì)造成碳管在豎直方向上彎折，而且該專利最后利用機(jī)械剝離法將高彈性膜與碳納米管分離，這對(duì)密度較高、纏繞較多的碳納米管森林可能有一定成功率，但對(duì)低密度低纏繞的平行于基片生長(zhǎng)的碳納米管陣列，由于碳納米管與高彈性膜之間的吸引力大于碳管與硅片之間吸引力時(shí)，碳納米管會(huì)黏附在高彈性膜上，造成碳管密度大幅度損失，因此，該專利仍未解決真正適合制備電子器件的、平行于基片生長(zhǎng)的碳納米管陣列的密度提高難題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有制備方法中存在的問題，本發(fā)明旨在提出一種簡(jiǎn)捷高效的提高碳納米管陣列密度的方法。該方法的主要思路是，首先將基片上生長(zhǎng)的碳納米管平行陣列，轉(zhuǎn)移到一種彈性材料上，由于彈性材料存在泊松比，即在縱向拉伸必導(dǎo)致其在橫向收縮，因此沿著碳納米管延伸的方向拉伸此膜，將在垂直于碳納米管延伸方向收縮，從而提高其密度；最后將該膜上的碳納米管平行陣列轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基片上即可。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種借助彈性材料泊松比提高碳納米管平行陣列密度的方法，包括以下步驟：

1)將基底上生長(zhǎng)的碳納米管轉(zhuǎn)移到彈性材料上，得到碳納米管-彈性材料復(fù)合結(jié)構(gòu)；

2)沿著碳納米管延伸的方向拉伸所述的彈性材料，使其在垂直于碳納米管延伸方向上發(fā)生收縮；

3)將收縮后的彈性材料上的碳納米管轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基片上。

本發(fā)明中的作為原料的碳納米管，可以是在任何基底上由任何生長(zhǎng)方法制得，優(yōu)選的是在石英或者藍(lán)寶石基底上通過CVD(化學(xué)氣相沉積)法制備的碳納米管平行陣列，對(duì)碳納米管的密度沒有要求。

本發(fā)明中所采用的彈性材料，可以是液態(tài)彈性材料，也可以是固態(tài)彈性材料，在厚度上沒有要求。可以是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，也可以是各類橡膠制品、聚酯等。其他尚未列舉的材料，凡是可利用其泊松比作為轉(zhuǎn)移媒介來提高碳納米管密度的，也包含在本發(fā)明的范圍中。

本發(fā)明步驟1)包括以下步驟：首先在生長(zhǎng)有碳納米管的基底上旋涂液態(tài)彈性材料或覆蓋固態(tài)彈性材料薄膜，然后腐蝕掉或機(jī)械剝離掉基底后即可得到碳納米管-彈性材料復(fù)合結(jié)構(gòu)。以石英基底為例，對(duì)于液態(tài)彈性材料，如聚甲基丙烯酸甲酯：在長(zhǎng)有碳納米管的石英片上旋涂聚甲基丙稀酸甲酯(PMMA)，自然晾干后浸入HF溶液以腐蝕石英，待包裹著碳納米管的PMMA膜從石英片上自然脫落即可。對(duì)于固態(tài)彈性材料，如硅膠：首先用等離子體對(duì)硅膠表面轟擊等處理以增強(qiáng)其粘附性；接著將硅膠覆蓋在長(zhǎng)有碳納米管的石英片上，并均勻施加壓力，使碳納米管附著在硅膠上；最后以均勻的速度將硅膠從石英片上剝離即可。

本發(fā)明步驟2)沿碳納米管的延伸方向拉伸彈性材料。由于彈性材料存在泊松比，一個(gè)方向的拉伸必然導(dǎo)致垂直方向的收縮，因此，此過程中彈性材料將在垂直于碳納米管的延伸方向上發(fā)生收縮，即提高了碳納米管平行陣列的密度。