[發(fā)明專利]一種單壁碳納米管分子內(nèi)結(jié)的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811652565.2
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109850873B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡悅;柳閃;錢金杰;黃少銘
• 申請（專利權(quán)）人: 溫州大學(xué)
• 主分類號: C01B32/159
• 分類號: C01B32/159;C01B32/162;H01L29/78;C23C16/26;C23C16/02
• 代理公司: 溫州名創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33258
• 代理人: 陳加利

本發(fā)明公開了一種單壁碳納米管分子內(nèi)結(jié)的制備方法，其方法如下，1)利用快速升溫法生長氣流定向單壁碳納米管作為納米障礙物，2)在生長有氣流定向單壁碳納米管的基底上負(fù)載頂端生長模式的催化劑，利用基底的晶格定向作用生長碳納米管水平陣列，3)生長過程中，碳納米管水平陣列遇到氣流定向單壁碳納米管時(shí)停止生長，4)碳納米管頂端的催化劑納米粒子將兩根碳納米管無縫焊接起來5)根據(jù)上述步驟生長出的結(jié)分為半導(dǎo)體管?半導(dǎo)體管結(jié)。本發(fā)明提出了一種全新的方法制備單壁碳納米管分子內(nèi)結(jié)，解決了其控制制備的局限性問題，在納電子器件等領(lǐng)域具有極其廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種單壁碳納米管分子內(nèi)結(jié)的制備方法，這種單壁碳納米管分子內(nèi)結(jié)具有整流性能。

背景技術(shù)

自從1993年發(fā)現(xiàn)單壁碳納米管(SWNT)，它們在各種領(lǐng)域的合成和應(yīng)用取得了重大進(jìn)展。SWNT是一維大分子系統(tǒng)，具有最顯著的電學(xué)和機(jī)械性能。特別是它們的高載流子遷移率、高開關(guān)比和高電流承載能力使它們成為實(shí)現(xiàn)高性能納米電子學(xué)的有吸引力的候選者之一。目前，單壁碳納米管在各個(gè)領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用空間，包括場效應(yīng)晶體管(FET)，超靈敏化學(xué)和生物傳感器，互連和透明導(dǎo)電膜等。尤其在納電子學(xué)領(lǐng)域，諸多研究表明，硅基CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體，Complementary Metal Oxide Semicoductor)技術(shù)在2020年前后將達(dá)到其物理極限，在為數(shù)不多的候選者中，碳納米管是唯一可以通過減少器件直至5納米節(jié)點(diǎn)而繼續(xù)提高系統(tǒng)整體性能的材料。然而器件性能的基礎(chǔ)在于材料，單壁碳納米管結(jié)是限制其在納電子學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的一個(gè)瓶頸，碳納米管分子內(nèi)結(jié)是分子電子學(xué)中功能元件的有希望的候選者它們的發(fā)展被認(rèn)為是推動小型化超出集成電路極限的最終途徑。

在所有形式的分子內(nèi)結(jié)中，基于SWNT的分子內(nèi)結(jié)已經(jīng)得到最廣泛和最深入的研究。SWNT可以分類為金屬管或半導(dǎo)體管，其顯示出不同的電傳輸行為。金屬SWNT具有高載流子遷移率，相當(dāng)于高導(dǎo)電金屬，表明它們將在納米電子學(xué)中形成理想的互連。同時(shí)，半導(dǎo)體SWNT的固有特性，由其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)控制，使我們能夠構(gòu)建納米級的功能器件。通過將五邊形和七邊形引入六邊形碳晶格中，具有不同原子和電子結(jié)構(gòu)的兩個(gè)管段可以無縫地熔合在一起以產(chǎn)生分子內(nèi)半導(dǎo)體管-半導(dǎo)體管結(jié)，金屬管-半導(dǎo)體管結(jié)，金屬管-金屬管結(jié)。

碳納米管之間的相互作用會影響其結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，分子內(nèi)結(jié)的形成將會影響碳納米管結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的變化。

目前對于碳納米管分子內(nèi)結(jié)控制制備方面的研究已有很多工作，但無論通過物理或化學(xué)等方法制備出的碳納米管分子內(nèi)結(jié)大都不是完美的，會存在大量的各種各樣的缺陷，搭建的納米器件在連接部位也會存在缺陷。因此，發(fā)明一種全新的單壁碳納米管分子內(nèi)結(jié)的控制制備方法是亟需的，對于碳納米管的基礎(chǔ)研究和規(guī)模化應(yīng)用都至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種兩步法合成具有整流性能的單壁碳納米管分子內(nèi)結(jié)的制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是

(1)配置含催化劑前驅(qū)體的前驅(qū)體溶液；

(2)將前驅(qū)體溶液加載在適于單壁碳納米管生長的單晶生長基底上；

(3)將步驟(2)的單晶生長基底通過化學(xué)氣相沉積方法，選擇氣體定向生長模式，生長單壁碳納米管，在生長構(gòu)成中，利用碳納米管的頂端生長模式，在前驅(qū)體溶液的催化劑原子融入將兩根單壁碳納米管無縫連接起來形成單壁碳納米管分子內(nèi)結(jié)。

進(jìn)一步設(shè)置是所述的催化劑前驅(qū)體為Fe,Co,Ni,Cu,Au，Mo,Zn,W,Ru,Cr,Rh,V,Ti,Al,Mg,Pd,B,P,As的可溶性鹽。

進(jìn)一步設(shè)置是前驅(qū)體溶液的濃度為0.05mMol/L。

進(jìn)一步設(shè)置是所述的適合單壁碳納米管水平陣列生長的基底包括st-cut石英、r-cut石英、a面α氧化鋁、r面α氧化鋁或氧化鎂為材料的單晶生長基底