[发明专利]中空纳米管结构的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种中空纳米管结构的制造方法，特别是涉及一种利用纳米线(nanowire)及外披覆层来形成中空纳米管(nanotube)结构的制造方法。

背景技术

现今，为了满足微机电元件及感测元件的需求，研发人员不断的研发及改良各种纳米结构，并将合适的绝缘材料(如氧化物)、半导体材料或导体材料应用来制造各种纳米线(nanowire)或中空纳米管(nanotube)结构，例如：利用二氧化硅SiO₂、二氧化钛TiO₂、氧化锌ZnO、磷化铟InP、硅Si、氮化镓GaN、镍Ni、铂Pt或金Au等纳米材料来制作金属纳米线；另一方面，亦有利用碳或二氧化硅等制作中空纳米管者。上述纳米线或中空纳米管结构可以提供各种不同的独特物理化学性质，因而研发人员可以藉此设计出具有各种功能之微机电元件及感测元件。

目前，已知的习用中空纳米管制作方式包含炉管(furnace)高温成长、利用触媒(catalyst)或基板搭配使用电镀电泳(electrophoretic deposition，EPD)、激光激发(pulse laser deposition，PLD)成长、金属有机化学气相沉积(metal-organic chemical-vapor deposition，MOCVD)成长、原子层沉积(atomic-layer deposition，ALD)成长、热蒸镀(thermal evaporation)或表面溶胶-凝胶法(surface sol-gel，SSG)成长等方式。但是，习知工艺方式因所需设备费用高昂、所涉工艺技术极为复杂耗时，导致中空纳米管的制作成本偏高。再者，习知工艺方式大多必需在高温环境下进行，但此高温条件会大幅限制工艺应用在制作不耐高温的微机电元件的发展性，并影响后续元件制作的难度与元件的光电特性。此外，许多纳米管制作方法是直接利用合适的纳米材料来制造中空状的纳米管，但对于某些纳米材料而言，其并无法直接形成中空状的纳米管结构，如此将限制这些纳米材料应用于纳米管领域的发展性。

故，有必要提供一种中空纳米管结构的制造方法，以解决习知技术所存在的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种中空纳米管结构的制造方法，其先成长纳米线(nanowire)，再使纳米线披覆一外披覆层，接着移除外披覆层内的纳米线，如此即可留下由外披覆层构成的中空纳米管(nanotube)，并可供制作出各种材料的中空纳米管，因而有利于简化工艺复杂度、降低元件制造成本及增加元件材料的可选择性。

本发明的次要目的在于提供一种中空纳米管结构的制造方法，其利用水热法(hydro-thermal growth，HTG)在相对较低的温度下控制成长出具有预定尺寸的纳米线，并利用纳米线来制造中空纳米管，水热法可应用于将不耐高温的材料制作成中空纳米管，以利后续制造微机电元件，因而有利于简化工艺、减少设备需求、降低元件制造成本、提高纳米管尺寸精度、扩大工艺适用领域及提升元件光电特性。

为达上述目的，本发明提供一种中空纳米管结构的制造方法，其包含步骤：准备一基板；在该基板上成长多个纳米线；在该纳米线的表面上形成一外披覆层；选择性蚀刻该外披覆层的顶端，以裸露该纳米线的顶端；以及，移除整条该纳米线，而留下中空状的该外披覆层，以形成多个中空纳米管。

在本发明的一实施例中，该基板的材料选自半导体材料、玻璃、陶磁、金属、高分子聚合物或蓝宝石。该玻璃优选选自透明导电镀膜玻璃，例如氧化铟锡(ITO)镀膜玻璃。

在本发明的一实施例中，先在该基板上沉积一晶种层，再利用该晶种层成长该纳米线。

在本发明的一实施例中，该晶种层的材料选自具高抗酸碱性的导电金属材料或半导体材料，例如铝锌氧化物(AZO)、铟锌氧化物(IZO)、镓锌氧化物(GZO)或氧化锌(ZnO)。该晶种层的厚度介于100至500纳米(nm)之间。

在本发明的一实施例中，利用水热法在该基板的晶种层上成长该纳米线。

在本发明的一实施例中，该纳米线的材料选自氧化锌或氧化镍(NiO)。

在本发明的一实施例中，该水热法是利用硝酸锌(zinc nitrate)与环六次甲基四胺(hexamethylenetetramine，HMT)的混合溶液在该基板的晶种层上成长氧化锌的该纳米线。该纳米线的成长温度介于30至100℃之间。