[发明专利]金属/碳纳米管复合纳米线的合成及专用微/纳米反应器

说明书

技术领域

本发明涉及金属纳米复合技术领域，特别是涉及一种金属/碳纳米管复合纳米线的合成及专用微/纳米反应器，通过该专用的微/纳米反应器，能对复合纳米线的合成进行有效地控制，从而获得理想形貌和结构的金属/碳纳米管复合纳米线。

背景技术

目前，以集成电路为基础的电子信息产业已成为世界第一大产业。高性能集成电路（Integrate circuit）是未来信息技术发展的关键。高性能集成电路技术提出了“两高两低”的要求，即高效能、高可靠、低功耗、低成本。集成电路的性能取决于单位面积/体积内的三极管数量，因而线宽（即集成电路的最小线条宽度）越小，单位面积/体积内的计算单位数量就越多，计算性能就越强。目前，线宽45纳米(nm)的超大规模集成电路已在商业上广泛应用。根据经典的摩尔（Moore）定律和最新国际半导体技术发展路线图ITRS（International Technology Roadmap for Semiconductors）2011推测，2016年集成电路线宽将减小到22nm。在1998年，铜就替代铝成为集成电路的主要互连材料。但随着集成电路集成度的逐步提高，铜互连线宽逐步减小，在提高性能的同时，将面临两大方面的技术瓶颈：一方面，铜互连线的电阻率随线宽的减小而显著增大，将极大地增加能量消耗（Joule heating（I²R）），降低电子传输速度，最终降低集成电路的性能。譬如：室温下线宽50nm的铜互连线的电阻率约为体铜(1.72μ?·cm)的3倍以上；另一方面，铜互连线电阻率增大导致电迁移（Electromigration）严重，导致铜互连线容易断开（烧断），芯片功能失效，造成安全隐患。因此，随着集成电路中器件特征尺寸的进一步缩小，互连线的RC延迟和电迁移引起的可靠性问题逐渐成为影响集成电路发展的瓶颈。

超高性能Cu/CNT纳米线的可控合成，有望实现未来功耗更小、速度更快的高性能纳米集成电路，对电子信息产业产生深远的影响，还有望应用于新型太阳能电池、红外探测纳米器件、生物和化学应用的先进电极材料。

1991年就有多个科学家采用化学镀工艺在碳纳米管表面包覆金属层， 然而由于在传统的烧杯反应器中，还原剂和金属离子源溶液的反应很难控制，从而很难对金属层的厚度、形貌和结构进行控制，通常包覆的是纳米颗粒。国内也有科学家对碳纳米管表面化学镀连续的金属层，但存在烧杯中的反应容易导致金属层表面粗糙度增大，及碳纳米管包覆金属后容易团聚的问题。

目前，已有的工艺基于传统的反应器，对溶液的反应很难控制，而且碳纳米管容易团聚，从而很难获得应用于高性能集成电路的单分散的金属/碳纳米管复合纳米线。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种金属/碳纳米管复合纳米线的合成及专用微/纳米反应器，应用反应器芯片中溶液的层流控制还原反应，既可控制金属层结构和形貌，还可防止纳米线团聚，以解决上述现有技术难以控制碳纳米管表面金属沉积的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种微/纳米反应器，包括上下两层结构，其上层为集成式微/纳米反应器芯片，下层为密封所述集成式微/纳米反应器芯片的玻璃或石英盖片。

在本发明一个较佳实施例中，所述集成式微/纳米反应器芯片包括至少一根微流体管道，所述微流体管道的入口端与三个流体入口管道相接通，其出口端与三个流体出口管道相接通；在所述微流体管道上位于流体入口端和出口端之间设置有用于控制还原反应的微加热器。

在本发明一个较佳实施例中，所述三个流体入口管道与带有溶液注射器的微泵相连通。通过微泵给三种流体提供流体动力，并在微流体管道形成具有不同流速的连续层流层，以避免碳纳米管表面进行化学镀所形成的复合纳米线的团聚。

在本发明一个较佳实施例中，所述微流体管道的横截面为矩形，其宽度为100～200μm，高度为50～100μm。

在本发明一个较佳实施例中，所述微流体管道的材料为聚二甲基硅氧烷、塑料、石英、玻璃或者玻璃与聚二甲基硅氧烷的混合物。

在本发明一个较佳实施例中，所述微加热器包括薄膜加热器、热敏温度传感器和与外电极相连的微电极回路。

在本发明一个较佳实施例中，所述薄膜加热器和热敏温度传感器的材质为Pt或Au，其表面涂有一层特氟龙纳米包覆层。特氟龙纳米包覆层的设计可以防止微加热器受到电镀液的腐蚀。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种利用微/纳米反应器合成金属/碳纳米管复合纳米线的方法，包括如下步骤：