[发明专利]一种去除较高密度碳纳米管阵列中金属性碳纳米管的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种去除密度较高(大于10根/μm)的碳纳米管阵列中金属性碳纳米管的方法，可以去掉较高密度碳纳米管阵列中的金属性碳纳米管，获得较高密度的全半导体碳纳米管阵列。

背景技术

要制备高性能碳纳米管数字电路，高纯度(金属性碳纳米管比例小于0.0001％)和高密度(半导体碳纳米管比例大于125根/μm)的碳纳米管平行阵列是不可或缺的。然而同时实现高纯度和高密度一直是一个难题，目前可能实现的方法主要有三种：

(1)电流灼烧法，利用栅把半导体碳管关断，加比较大的电压，功率超过90μW/μm，才可以将金属性碳纳米管烧断，这对半导体碳纳米管的性能会造成损伤，同时金属管并未完全去掉；

(2)提纯自组装法，利用特定化学分子对不同手性碳纳米管修饰的选择性，可以提纯半导体比例，再利用自组装排列碳纳米管到基底上，2012年Qing Cao在Nature Nanotechnology上发表一篇Arrays of single-walled carbon nanotubes with full surface coverage for high-performance electronics，文中说用LS法可以实现纯度为99％的500根/μm的超高密度的碳纳米管阵列，纯度主要受限于前期提纯后半导体碳纳米管的比例；

(3)2013年J.A.Rogers在Nature Nanotechnology上发表一篇Using nanoscale thermocapillary flows to create arrays of purely semiconducting single-walled carbon nanotubes，里面提到在生长好的碳纳米管阵列上蒸上TPPA(Trishydroxyphenylethylisopropylbezene)，通过部分栅关断半导体碳纳米管，而金属管电流不受影响，加电压1.33μW/μm，基底温度60℃，通电5分钟，金属管上的胶会被烧开，再干法刻蚀，去胶就可以得到全半导体碳纳米管阵列，然而受制于TPPA开口比较宽(～250nm)，最终只能得到5～6根/μm的密度。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种可以简易无损半导体性碳纳米管性能的去除较高密度碳纳米管阵列中金属性碳纳米管，获得较高密度全半导体性碳纳米管阵列的方法。

本发明的技术方案如下：

一种去除碳纳米管阵列中金属性碳纳米管的方法，包括以下步骤：

1)在包含有碳纳米管阵列的基底上蒸镀一层有机薄膜；

2)有机薄膜蒸镀完成后，在金属性碳纳米管上烧出沟槽；

3)继续在烧出沟槽的基底上蒸镀有机薄膜，并重复步骤2)，使沟槽内的有机薄膜向两侧流动，使得金属性碳纳米管暴露出来；

4)刻蚀掉暴露出的金属性碳纳米管。

本发明中碳纳米管阵列是在各种有晶格取向的基底上，如石英、蓝宝石等，通过化学气相沉积(CVD)法或者其他外加电场的方法制备得到的碳纳米管阵列。

本发明中碳纳米管阵列可以是较高密度的碳纳米管阵列，即密度大于10根/μm。

进一步地，步骤1)包括：在基底上制备得到碳纳米管阵列后直接蒸镀一层有机薄膜；或者在上述制备有碳纳米管阵列的基底上制作好源漏电极和栅电极后再蒸镀一层有机薄膜；或者将制备得到的碳纳米管转移到Si/SiO₂基底上，在包含碳纳米管的Si/SiO₂基底上制作源漏电极和栅电极，然后再蒸镀一层有机薄膜。

进一步地，所述源漏电极和栅电极可以是Ti、Al、Cu、Cr、Ca、Au、Pd等金属，栅介质使用Al₂O₃或HfO₂。

本发明中所述有机薄膜可以是PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、TPPA等其他具有热流动性的有机物材料。

进一步地，本发明中步骤1)中蒸镀的有机薄膜优选8～15nm厚的TPPA。

进一步地，步骤2)中，通过对基底施加微波，或者给基底上的源漏电极加电压，在金属性碳纳米管上烧出沟槽。

进一步地，上述被施加微波的基底为直接蒸镀有机薄膜的基底，或者制作好源漏电极和栅电极后再蒸镀有机薄膜但未给源漏电极加电压的基底。

进一步地，上述微波频率为2GHz到3GHz，优选2.45GHz，被金属性碳纳米管吸收更多，发热更多。