[发明专利]具有碳纳米管层的结构及其形成方法

说明书

技术领域

本发明通常涉及在衬底上放置碳纳米管(下文中称为“CNT”)的方法。具体地，本发明涉及在预先图案化的表面上选择性放置带电CNT，该预先图案化的表面具有相反带电的自组装单层(monolayer)。

背景技术

CNT可以是半导电的，并且因此作为场效应晶体管(下文中称为“FET”)的沟道材料而受到关注。相应地，正在开发将CNT放置在衬底上以用于FET的方法。

一种在衬底上放置CNT的方法包括从悬浮液中定向组装CNT。在该方法中，衬底被图案化以限定CNT对其具有亲和力的区域。该亲和力是由于衬底或CNT官能化来促进衬底和CNT之间的键合。

在一种情况下，为了将CNT放置在衬底上，现有技术用有机化合物盖印(stamp)衬底以产生具有亲水性区域和疏水性区域的衬底。亲水性区域是原始衬底表面，疏水性区域是用有机化合物盖印了的区域。将衬底浸没在CNT的溶液中并且干燥衬底从而在亲水性区域上留下CNT。然而，衬底表面上的CNT成束(即，一组CNT以像绳子一样的方式扭在一起)和/或是多层的。成束的或多层的CNT并不是理想的，因为由它们制成的晶体管需要较高的电压来导通和关断。所描述的方法的另一个缺点是CNT的溶液不能到达宽度小(大约200nm或更小)的凹陷亲水性区域。因此，CNT将被放置在大的亲水性区域中，而小的亲水性特性未被覆盖。因此，基于氢键(一种类型的偶极键)的CNT放置方法可能导致差的选择性。

在其它方法中，现有技术通过首先官能化CNT、然后将CNT直接放在衬底上，来将CNT放置在衬底上。然而，这种方法导致衬底上的CNT密度低。

因此，需要这样的方法，该方法以最少的成束、选择性地将高密度CNT的单层放置在衬底上。

发明内容

本发明致力于提供一种形成具有选择性地放置的碳纳米管(“CNT”)的结构的方法。所述方法包括：提供具有表面的衬底；以及使所述衬底的表面与前体分子的溶液接触，从而在所述表面上形成具有第一离子电荷部分的自组装单层。之后，使所述自组装单层与多个具有第二离子电荷部分的CNT的分散系接触。

根据本发明的另一方面，一种具有CNT层的结构包括具有第一区域和第二区域的衬底、所述第一区域上的自组装单层和所述自组装单层上的CNT层。所述CNT层具有超过每平方微米1CNT的密度。

根据本发明的又一方面，公开了一种用于制造自组装单层的双官能前体分子。所述双官能前体分子包括：用于将所述单层锚定到衬底第一官能基团以及具有第一离子电荷部分(moiety)的第二官能基团。从下述基团中选择所述第一官能基团：硫醇、异腈、膦酸(phosphonic acid)和异羟肟酸。所述第一离子电荷部分可以是包括铵盐、锍盐和鏻盐(phosphonium salt)的鎓盐(onium salt)。

本发明的优点包括碳纳米管的密度增加以及多层CNT或成束CNT的形成减少。

另一优点是CNTFET的电学性能更佳。

结合对附图的描述，本发明的其它特征和优点将变得显而易见，其中在所有图中相同的编号表示相同或相似的部分。

附图说明

现在将参考附图仅通过例子描述本发明的实施例，在附图中：

图1是根据本发明实施例的将CNT放置在衬底上的方法的流程图；

图2a示出了根据本发明实施例的图案化的衬底的横截面图；

图2b示出了根据本发明实施例图2a的图案化的衬底的俯视图；

图3示出了根据本发明实施例在具有第一等电点的衬底区域上形成自组装单层的双官能前体材料；

图4示出了根据本发明实施例、具有在图案化的衬底的第一区域上的第一离子电荷部分的自组装单层接触具有第二离子电荷部分的CNT的溶液；

图5示出了通过根据本发明实施例的方法形成的自组装单层上的CNT层；

图6是根据本发明实施例具有选择性放置的CNT层的衬底的扫描电子显微镜图像；

图7a示出了根据本发明实施例的具有第一官能基团和第二官能基团的双官能前体基团，其为具有第一离子电荷部分的铵盐，其中所述第一离子电荷部分是带正电的；

图7b示出了根据本发明实施例的具有第一官能基团和第二官能基团的双官能前体基团，其为具有第一离子电荷部分的铵盐，其中所述第一离子电荷部分是带正电的；