[發明專利]碳納米管分子內p-n結二極管及其制備方法

在審

• 申請號: 201610060895.7
• 申請日: 2016-01-28
• 公開（公告）號: CN105529401A
• 公開（公告）日: 2016-04-27
• 發明（設計）人: 陳長鑫;劉曉東
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01L51/05
• 分類號: H01L51/05;H01L51/40
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

1.一種碳納米管分子內p-n結二極管的制備方法，其特征在于，通過在定位于基片上的碳納米管的兩端采用電子束光刻和磁控濺射方式制作金屬電極，然后通過旋涂光刻膠并選擇性曝光后對單根碳納米管的左右兩部分分別進行p型摻雜和n型摻雜，從而制備得到單根碳納米管分子內p-n結二極管。

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征是，所述的定位，通過將經超聲分散的碳納米管溶液涂敷于基片表面，待溶劑揮發完全后，用掃描電子顯微鏡對基片進行觀察并選出長度為3μm以上的碳納米管，借助于基片上預先制作的十字標記對碳納米管進行定位。

3.根據權利要求1或2所述的制備方法，其特征是，所述的碳納米管為單壁半導體性碳納米管，直徑為0.9～1.8nm，長度為2～5μm。

4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征是，所述的金屬電極為對稱Au電極，該Au電極中Ti為打底層，厚度為10nm。

5.根據權利要求1或4所述的制備方法，其特征是，所述的金屬電極的寬度為0.5～1.5μm，對電極間距離為2～10μm，厚度為100nm。

6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征是，所述的電子束光刻，采用光柵10、電壓20kv、束流值100；所述的磁控濺射，通過調控功率、時間參數使金屬電極厚度達到100nm。

7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征是，所述的選擇性曝光是指：基片上涂敷電子束光刻膠，利用電子束光刻技術對碳納米管的一端進行窗口曝光，其中：碳納米管被曝光的部分經顯影和定影之后將被暴露在空氣中，未曝光的部分將受到光刻膠PMMA的保護；

所述的電子束光刻膠分兩層：第一層分子量495的PMMA光刻膠，第二層分子量950的PMMA光刻膠。

8.根據權利要求1所述的制備方法，其特征是，所述的摻雜是指：將曝光后的器件浸泡于六氯銻酸三乙基氧鎓溶液中，暴露在外的碳納米管一端將實現p型摻雜，或將碳納米管的另一端進行開窗口曝光并將其浸泡于聚乙烯亞胺溶液中而實現n型摻雜，從而得到單根碳納米管分子內p-n結二極管，其中：六氯銻酸三乙基氧鎓溶液的溶劑為二氯乙烷，聚乙烯亞胺溶液的溶劑為甲醇。

9.根據權利要求1或8所述的制備方法，其特征是，所述的六氯銻酸三乙基氧鎓溶液的濃度為10mg/mL；所述的聚乙烯亞胺溶液的濃度為20wt％。

10.一種通過上述任一權利要求所述方法制備得到的單根碳納米管分子內p-n結二極管，其特征在于，依次包括：基片、SiO₂熱氧化層、單根碳納米管以及位于其兩端的對稱Au電極。

11.一種根據權利要求1～10中任一所述方法制備得到的單根碳納米管分子內p-n結二極管的應用，其特征在于，將其用于制備整流電路、邏輯電路或太陽能電池。