[發(fā)明專利]一種垂直碳納米管向目標(biāo)襯底轉(zhuǎn)移的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010324601.3
• 申請(qǐng)日: 2020-04-22
• 公開（公告）號(hào): CN111470468B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖東陽;孫雷蒙;王玉容;杜歡歡;涂良成
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B81B7/00
• 分類號(hào): B81B7/00;B81B7/04;B81C1/00
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 李智

本發(fā)明公開了一種垂直碳納米管向目標(biāo)襯底轉(zhuǎn)移的方法，其特征在于，包括以下步驟：S1、采用原子層沉積法在碳納米管表面沉積納米量級(jí)的第一金屬層，使第一金屬層與碳納米管形成歐姆接觸；S2、在第一金屬層的表面沉積微米量級(jí)的第二金屬層，以填充碳納米管表面空隙，形成金屬薄膜；S3、在目標(biāo)襯底表面沉積金屬合金，將碳納米管轉(zhuǎn)移到目標(biāo)襯底上。本發(fā)明采用沉積速率較慢、沉積包覆性好的原子層沉積在碳納米管表面沉積一層納米量級(jí)、浸滑性好的金屬，實(shí)現(xiàn)金屬納米顆粒滲透入碳納米管表面，增加金屬納米顆粒與碳管的接觸面積，實(shí)現(xiàn)金屬原子對(duì)碳納米管的浸潤和包覆，進(jìn)而形成歐姆接觸，有效的降低了目標(biāo)襯底與碳納米管之間的接觸電阻。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微納系統(tǒng)制造領(lǐng)域，更具體地，涉及一種垂直碳納米管向目標(biāo)襯底轉(zhuǎn)移的方法。

背景技術(shù)

碳納米管被公認(rèn)為是未來納米科學(xué)和納米技術(shù)的潛在候選者。它們獨(dú)特的機(jī)械、電學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、生物等性能使其非常適合用于納米電子器件，例如場發(fā)射器、場效應(yīng)晶體管、微處理器等。基于碳納米管的電子電路制造技術(shù)將有助于實(shí)現(xiàn)更小尺度、更高性能、更低功耗的微納電子器件。由于碳納米管中存在碳-碳化學(xué)鍵，碳納米管具有很高的熱導(dǎo)率，具有高熱導(dǎo)率和高電導(dǎo)率的碳納米管是微電子熱管理的有希望的候選者。對(duì)于碳納米管的應(yīng)用而言，其基本的結(jié)構(gòu)形式主要是碳納米管與金屬電極之間所形成的互連結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，碳納米管的主要作用是形成電、熱傳輸通道，或者作為能量轉(zhuǎn)換的功能材料。其中，垂向碳納米管陣列能夠充當(dāng)分子導(dǎo)線，允許底層電極和上部接觸的生物實(shí)體之間實(shí)現(xiàn)電通信；單壁碳納米管垂直陣列可用作高性能的PN結(jié)晶體管以及單極和互補(bǔ)邏輯門。然而，一些現(xiàn)有的技術(shù)障礙限制了碳納米管在微電子器件中的應(yīng)用。主要挑戰(zhàn)之一是生長高質(zhì)量CNT(＞600℃)所需的溫度太高，無法與后端微電子加工工藝兼容。另一個(gè)主要難題是如何使碳納米管與金屬結(jié)構(gòu)在納米尺度上的具有良好接觸與互連。從力學(xué)角度上是希望碳納米管和金屬之間形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵，而不是類似于范德華力的物理接觸；同時(shí)也希望碳納米管和目標(biāo)襯底之間能夠形成較大的接觸面積，以確保互連的可靠性而不至于在承受應(yīng)力時(shí)連接脫落，提高穩(wěn)定性。從能量傳遞角度上主要是希望增加電子或聲子的傳遞通道，以減小接觸電阻和接觸熱阻，降低功耗。為了解決以上問題，垂直碳納米管向目標(biāo)襯底轉(zhuǎn)移的方法可以將生長質(zhì)量良好的垂直碳納米管通過鍵合工藝轉(zhuǎn)移到目標(biāo)襯底上，同時(shí)利用碳納米管本身的高導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，可以實(shí)現(xiàn)碳納米管與金屬結(jié)構(gòu)在納米尺度上的良好接觸與互連。因此，研究一種垂直碳納米管向目標(biāo)襯底轉(zhuǎn)移的方法存在重要意義。

現(xiàn)有的垂直碳納米管向目標(biāo)襯底轉(zhuǎn)移的方法包括：通過金屬表面沉積來增加碳納米管與襯底導(dǎo)電性的方法和通過增加壓力增加碳納米管與襯底接觸面積的方法。其中，通過金屬表面沉積來增加碳納米管與襯底導(dǎo)電性的方法，具體采用焊料、金屬合金、納米顆粒等轉(zhuǎn)移方式，通過采用電子束蒸發(fā)、磁控濺射等氣相沉積方法在碳納米管底部進(jìn)行金屬沉積，且金屬層的厚度一般在納米量級(jí)。金屬沉積可以使碳管和襯底之間形成電接觸，但由于碳納米管長度的不均勻性，在壓力的作用下，只有部分碳納米管和襯底接觸，容易造成轉(zhuǎn)移后的碳納米管和沉積的有效接觸面積較小；并且傳統(tǒng)的電子束蒸發(fā)、磁控濺射等氣相沉積方法只能將金屬沉積在碳管頂部，無法使金屬進(jìn)行深入包覆，不能充分發(fā)揮金屬良好的浸潤性，進(jìn)而使得導(dǎo)電通路較少，接觸強(qiáng)度降低，目標(biāo)襯底與碳納米管之間的接觸電阻和熱阻也較高，且穩(wěn)定性較低。而通過增加壓力增加碳納米管與襯底接觸面積的方法，通常采用加大壓力的方式，增加轉(zhuǎn)移后碳納米管和襯底的有效接觸面積，但是較大的壓力會(huì)造成垂直碳納米管的壓縮，進(jìn)而造成碳納米管本身結(jié)構(gòu)的破壞，同時(shí)也會(huì)增強(qiáng)碳納米管管間的聲子散射，進(jìn)而使得碳納米管熱導(dǎo)率降低。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供一種垂直碳納米管向目標(biāo)襯底轉(zhuǎn)移的方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)由于轉(zhuǎn)移方式單一，目標(biāo)襯底與碳納米管之間的接觸面積小，而導(dǎo)致的接觸電阻較高的技術(shù)問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明解決提供了一種垂直碳納米管向目標(biāo)襯底轉(zhuǎn)移的方法，包括以下步驟：

S1、采用原子層沉積法在碳納米管表面沉積納米量級(jí)的第一金屬層，使第一金屬層與碳納米管形成歐姆接觸；