[发明专利]一种多壁碳纳米管电极的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及多壁碳纳米管电极的制作方法，特别是涉及与集成电路制造工艺兼容，在利用多壁碳纳米管制作微纳电子器件时，能提高多壁碳纳米管与金属电极接触特性的电极制作方法。

背景技术

碳纳米管具有优异的电学、力学、热学和化学特性，在很多方面有着潜在的应用前景。随着碳纳米管管壁中石墨环排列的螺旋性和管径变化，碳纳米管会呈现金属性或半导体性。金属性碳纳米管，尤其是多壁碳纳米管，由于具有很高的电流承载能力，是用作未来微纳电子器件和集成电路互连导线的理想材料。要实现碳纳米管在微纳电子器件中的应用还有许多问题需要解决，例如，碳纳米管与金属电极之间的接触问题，它将严重影响器件性能的稳定，有效控制和提高碳纳米管与金属电极接触特性是制造稳定可靠的纳米电子器件的前提。目前所报道的关于利用合成的单根碳纳米管制作原型器件和研究其电学特性的工作中，实现碳纳米管与金属电极接触的方法主要有以下两种：第一种方法是将合成的碳纳米管分散到绝缘基片上，通过微纳加工技术制作金属电极压在碳纳米管上；第二种方法是利用金属纳米探针直接接触碳纳米管。现对这两种实现碳纳米管与金属电极接触的方法具体描述如下：

1.通过微纳米加工技术将金属电极压于碳纳米管之上：参见文件1，“单根碳纳米管的电导”(Electrical conductivity of individual carbon nanotubes)，载于《Nature》1996，Vol.382：54-56上；它是将碳纳米管分散到具有氧化层的硅基片上，然后利用聚焦离子束诱导沉积金属钨电极于碳纳米管上以形成电学接触。通过这种方法形成的电学接触，由于仅仅是多层碳纳米管的外层管壁直接与金属电极接触，通常只有外层管壁参与导电，而内层管壁几乎没有电流流过，并没有充分发挥多壁碳纳米管应有的强大电流承载能力。

2.利用金属纳米探针直接接触碳纳米管：参见文件2“多壁碳纳米管中的多通道弹道输运”(Multichannel Ballistic Transport in Multiwall Carbon Nanotubes)，载于《Physical Review Letters》2005，Vol.95：086601上；它是通过热灯丝化学气相沉积方法将多壁碳纳米管生长在钨丝衬底上，以钨丝衬底作为其中一个电极，在扫描电子显微镜中原位观察，操纵一根可移动的钨纳米探针接近多壁碳纳米管的另一端，在钨纳米探针和碳纳米管间施加一个电压产生放电，在接触部位产生高温使得钨纳米探针与多壁碳纳米管焊接在一起，从而形成良好的欧姆接触。测量结果表明该多壁碳纳米管的电导高达(460-490)G₀，最大电流达到7.27mA，多壁碳纳米管的几乎每一层管壁都参与了电输运过程，其电流承载能力得到了极大提高。但是这样的方法仅适用于纳米管的电学特性实验研究，与目前的集成电路制造工艺并不兼容。

总之，目前利用合成的单根多壁碳纳米管制作原型器件和研究其电学特性时，实现多壁碳纳米管与金属电极接触的方法通常只是外层碳纳米管管壁参与导电，没能充分发挥多壁碳纳米管应有的强大电流承载能力，或者通过金属纳米探针与碳纳米管的多层管壁同时直接接触而提高其电流承载能力，但这样的方法与集成电路制造工艺并不兼容。虽然有人提出先制作金属电极并在电极端部放置生长碳纳米管所需的金属催化剂颗粒，然后再生长碳纳米管连接于金属电极之间，但是对于所生长的碳纳米管的方向、尺寸和数量的控制并不十分理想。因此，发展一种能有效体现多壁碳纳米管高电流承载能力特性的电极制作方法是非常必要的。

发明内容：

本发明的目的在于：克服已有的制作多壁碳纳米管接触电极的方法所存在的仅有外层管壁参与导电的缺点，而提供一种多层管壁参与导电的多壁碳纳米管电极的制作方法，该方法能制做提高多壁碳纳米管与金属电极接触特性的多壁碳纳米管电极，使多壁碳纳米管的多层管壁都与金属电极直接接触，达到提高多壁碳纳米管电流承载能力的目的。该方法与集成电路制造工艺兼容，适用于利用单根多壁碳纳米管制作微纳电子器件。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的多壁碳纳米管电极的制作方法，其步骤如下：

1)选择具有绝缘介质层1的平整基片作为衬底；

2)将多壁碳纳米管分散于衬底上；