[發明專利]一種(n，n-1)型碳納米管水平陣列及其制備方法

有效

• 申請號: 201611044393.1
• 申請日: 2016-11-22
• 公開（公告）號: CN108085656B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 張錦;張樹辰
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: C23C16/26
• 分類號: C23C16/26;C23C16/02;B82Y40/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢;王春霞

本發明公開了一種(n，n?1)型碳納米管水平陣列及其制備方法。該方法包括如下步驟：將氫氧化鐵、氫氧化鈷或氫氧化鎳轉移至基底上；采用氫氣對氫氧化鐵、氫氧化鈷或氫氧化鎳進行還原；還原步驟結束后，繼續通入氫氣并引入碳源氣進行生長，即得。本發明制備的半導體型碳納米管的純度很高，理論上(n，n?1)型碳納米管均為半導體型，因此該方法潛在可以制備超高純度的半導體型碳納米管。本發明制備的半導體型碳納米管的質量極高，器件性能測試表明該方法制備的碳納米管具有穩定的雙極性行為，而雙極性是碳納米管的本征性質。本發明方法中碳納米管具有極慢的生長速率，該過程有利于碳納米管缺陷的修復，拉曼光譜和電學性質測量表明獲得的結構很完美。

技術領域

本發明涉及一種碳納米管水平陣列及其制備方法，具體涉及一種(n，n-1)型碳納米管水平陣列及其制備方法。

背景技術

碳納米管，尤其是半導體型碳納米管，由于其具有直接帶隙，且在場效應晶體管中，可以獲得更小的溝道尺寸，因此被認為能未來能夠取代硅基半導體的材料之一。但是目前直接生長的碳納米管不能夠有效的獲得百分百純度的半導體型碳納米管，因此使得碳納米管在納電子學中的應用變得寸步難行。目前一些去除金屬型碳納米管的方法主要是刻蝕和電流燒蝕。前者目前獲得純度仍然不夠，僅有不到96％的選擇性，后者的選擇性足夠高，但是對于碳納米管的密度要求很高，不能處理密度過高的樣品，而且二者處理后的樣品，密度均有大幅度下降。因此發展一種直接生長獲得高純度半導體型碳納米管水平陣列的方法是很有必要的。

發明內容

本發明的目的是提供一種(n，n-1)型碳納米管水平陣列及其制備方法，本發明提供的半導體型碳納米管的純度較高。

本發明所提供的(n，n-1)型碳納米管水平陣列的制備方法，包括如下步驟：

1)將氫氧化鐵、氫氧化鈷或氫氧化鎳轉移至基底上；

2)采用氫氣對所述氫氧化鐵、氫氧化鈷或氫氧化鎳進行還原；

3)所述還原步驟結束后，繼續通入所述氫氣并引入碳源氣進行生長，即得所述(n，n-1)型碳納米管水平陣列。

本發明(n，n-1)型碳納米管水平陣列中，n為10～22之間的自然數。

上述的制備方法中，步驟1)中，轉移所述氫氧化鐵、所述氫氧化鈷或所述氫氧化鎳的方式為：

將氫氧化鐵膠體的醇溶液、氫氧化鈷膠體的醇溶液或氫氧化鎳膠體的醇溶液旋涂于所述基底上，具體可采用各膠體的乙醇溶液；

所述氫氧化鐵膠體的醇溶液、所述氫氧化鈷膠體的醇溶液或所述氫氧化鎳膠體的醇溶液的摩爾濃度可為0.01～0.1mM，具體可為0.05mM；

所述旋涂的速率可為2200～2700r/min，具體可為2500r/min。

上述的制備方法中，步驟1)中，所述基底可為單晶基底，如采用單晶st-cut石英基底。

上述的制備方法中，步驟2)中，所述還原的條件如下：

氫氣的流速可為100～300sccm，具體可為150～200sccm、150sccm或200sccm；

溫度可為700～900℃，具體可為700～880℃、700～850℃、700℃、850℃、880℃或900℃；

時間可為10～20分鐘，具體可為10分鐘、15分鐘或20分鐘；

通過所述還原步驟，將催化劑前驅體還原為鐵、鈷和鎳，即為生長碳納米管水平陣列的催化劑。

上述的制備方法中，步驟3)中，所述碳源氣可為甲烷、乙烯或乙醇蒸氣；

所述碳源氣的通入方式為下述1)或2)：