[发明专利]在氧化物表面上碳纳米管的选择性设置

说明书

技术领域

本发明通常涉及特定表面上碳纳米管的选择性设置。更具体地说，本 发明提供一种方法，该方法使用在特定表面上形成的自组装单层从包括碳 纳米管的分散体吸引或者排斥碳纳米管。本发明还涉及使用氧化物表面上 的膦酸的自组装单层用于碳纳米管(CNT)的选择性设置。

背景技术

在分子电子学领域，很少有材料展示出与包括具有几埃直径的石墨中 空圆柱体的碳纳米管一样的前景。依靠纳米管的特性，纳米管可以应用于 诸如二极管和晶体管的电子器件。纳米管是独一无二的，因为它们具有独 特的尺寸、外形和物理性质。例如，碳基纳米管类似于卷成圆柱体的碳的 六方晶格。

除了甚至在室温条件下展示出其诱人的量子行为外，纳米管还展示出 至少两个重要特性：依靠其手性，即构象几何形状，纳米管既具有金属性 也具有半导体性。金属性纳米管具有恒定的电阻率，可以负载极大的电流 密度。半导体性纳米管可以像场效应晶体管(FET)一样在“开”或“关” 间电转换。通常，半导电碳纳米管用作FET中的沟道。两种类型可以共价 连接(即，配对电子)。这些特性使纳米管成为制造纳米尺寸的半导体电 路的极好材料。

制造碳纳米管FET最常用的现有技术方法始于在氧化物薄膜上从悬 浮液沉积纳米管。然后，在纳米管之上光刻形成源极和漏极接触。氧化层 是栅极介质，并且体Si是器件的背栅极。如图1，其示出了典型的现有技 术碳纳米管FET。

在氧化物表面上沉积碳纳米管，接着光刻构图源极和漏极接触，已经 在现有技术中成功应用于单个碳纳米管FET的构建。但是，由纳米管制造 集成电路需要在表面上(即横跨源极和漏极接触)精确设置和对准大量碳 纳米管。E.Valentin等人的“High-density selective placement methods for carbon nanotubes”，Microelectronic Engineering，61-62(2002)，PP. 491-496公开了使用氨丙基三乙氧基硅烷(APTS)提高二氧化硅表面与碳 纳米管的附着力的方法。在此现有技术中，使用APTS在SiO₂上形成硅烷 化表面，其随后用于选择性设置碳纳米管。

如本领域的技术人员公知的，SiO₂和其它非金属氧化物是酸性氧化物， 其与水结合形成酸。已公知这样的氧化物有低的等电位点。贯穿本申请的 术语“等电位点”是指氧化物分子上的净电荷为零时的pH值。

在E.Valentin等人的文章中公开了现有技术工艺的缺点，即三烷氧基 硅烷在溶液中进行聚合和自组装必须在无水的可控条件下执行。另外，不 能在接触印刷中使用常规的聚(二甲基硅氧烷)(PDMS)印记印刷APTS， 因为用于APTS的溶剂可能膨胀并且毁坏这样的印记。

基于以上观点，仍需要提供一种方法，该方法可以选择性设置碳纳米 管，而避免在使用APTS的现有技术中描述的选择性设置工艺具有的缺点。

发明内容

本发明提供一种在预定表面上选择性设置碳纳米管方法，该方法避免 了现有技术APTS选择性设置工艺具有的在本申请背景部分提及的难题。 具体地说，本发明涉及一种方法，其中使用在金属氧化物表面(构图或非 构图)上形成的自组装单层从包括碳纳米管的分散体吸引或排斥碳纳米管。 根据本发明，所述碳纳米管可以被吸引到自组装单层以附着到金属氧化物 表面，或者被自组装单层排斥而接合到与包括自组装单层的金属氧化物表 面不同的预定表面。本发明的方法不包括用于形成碳纳米管的硅烷化表面 的形成，如上述现有技术中的情况。相反，使用非硅烷化单层前体形成非 硅烷化自组装单层。

概括地说，本发明的方法包括以下步骤：

在衬底的上金属氧化物表面上选择性设置自组装单层；

在所述自组装单层上或在不包括所述自组装单层的所述衬底的表面上 从分散体沉积碳纳米管；以及

从所述衬底除去多余的碳纳米管。