專利名稱：控制轉移單壁碳納米管陣列結構的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于納米結構制備和加工技術領域，尤其是一種控制轉移單 壁碳納米管陣列結構的方法。
背景技術：
硅電子器件是20世紀的重大發(fā)明之一，它對科技、生產、經(jīng)濟以 及人類社會的作用是任何其他發(fā)明所不能與之比擬的。但是按照Moore 定律，以硅材料為主的微電子到2011年的最小尺寸0. 08 jam,達到物理 極限，此后將是納米電子學時代。而碳納米管以其優(yōu)異的電學性質和機 械性質，成為最有希望代替硅器件的下 一代納米電子器件。十幾年來，對于納米碳管的研究一直倍受國內外科學界和產業(yè)界的 關注。實驗發(fā)現(xiàn)單壁碳納米管的電子能帶結構特殊，波失被限于軸向， 量子效應明顯，是真正的量子導線。而用單壁碳納米管制成優(yōu)于當前最 好的硅半導體芯片的電子器件更是制造更小巧、更快速的計算機的關 鍵。目前，制備單壁碳納米管的方法主要有化學氣相沉積法(CVD)、電 弧法和激光蒸發(fā)法等。這些方法對生長環(huán)境有著嚴格的要求，無法適用 于各種基底。因此，需要一種能將在利于生長的特定基底上制備的單壁 碳納米管陣列結構，控制轉移到目標基底上的方法，來實現(xiàn)納米電子器 件的構建?，F(xiàn)有的轉移碳納米管的方法有直接接觸法和溶液分散法等， 這些方法存在著成功率低、無法保持結構原貌的缺陷
發(fā)明內容
針對上述現(xiàn)有技術所存在的問題和不足，本發(fā)明的目的是提供一種控制轉移單壁碳納米管陣列結構的方法，以P鹿A聚酯膜作為媒介，高效、方便的將生長基底上制備的單壁碳納米管陣列結構保持原貌的控制轉移到任意目標基底上。本發(fā)明的上述目的是通過如下的技術方案予以實現(xiàn)的 一種控制轉移單壁碳納米管陣列結構的方法，其步驟包括 (1)在生長基底上制備單壁碳納米管陣列結構； (2 )在制有單壁碳納米管陣列結構的生長基底表面上旋涂一層聚酯溶液，并置于烘箱中烘烤，除去溶劑，形成含有單壁碳納米管陣列結構的聚酯膜；(3 )將覆有聚酯膜的生長基底置于堿溶液中加熱使其微沸，至聚酯 膜脫離生長基底而浮起；(4) 以超純水洗凈聚酯膜，并將其貼于目標基底表面上，用高純氮 氣吹干，再次置于烘箱中烘烤；(5) 貼有聚酯膜的目標基底經(jīng)曝光、顯影、定影過程除去聚酯膜，即可將單壁碳納米管陣列結構保持原貌的控制轉移到目標基底上。本發(fā)明在生長基底上制備單壁碳納米管陣列結構的方法為表面氣 相沉積法(CVD)。所用聚酯溶液為聚曱基丙烯酸曱酯(polymethyl methacrylate， P畫A )的苯曱醚(methoxybenzene)溶液，質量百分比 可為3%至9%,旋涂聚酯溶液的轉速可為1500轉'分鐘^至3000轉'分 鐘—'。烘烤溫度可為ll(TC至20(TC，烘烤時間可為15分鐘至45分鐘。 剝離聚酯膜所用堿溶液可為氫氧化鉀溶液或氫氧化鈉溶液，濃度可為 lmol .L—'至4mo1 ' L—1。轉移后除去聚酯膜所用曝光方法為紫外燈照射， 照射時間為2小時至4小時，顯影液為4-曱基-2-戊酮(methyl isobutyl ketone, MIBK)與異丙醇(isopropyl alcohol, IPA)體積比為1 : 3 的溶液，定影液為異丙醇(isopropyl alcohol, IPA)，顯影和定影時 間均為1分鐘。本發(fā)明的優(yōu)點先在利于生長的基底上制備單壁碳納米管陣列結構，然后將之保持 原貌的控制轉移到任意基底上。利用本發(fā)明，可通過控制轉移制備所需 的單壁碳納米管陣列結構，如交叉結構、折疊結構等；可將同一陣列結 構多次控制轉移，研究其在不同基底上的性質和應用；并可將單壁碳納 米管陣列結構控制轉移到各種帶有電極結構的基底上，制成FET、 LED、 logic N0T、甚至是基于有機基底的電子元件SOG (system on glass) 等，從而為大規(guī)模集成單壁碳納米管電子器件的構建提供有力的技術支 持。


圖1是控制轉移單壁碳納米管陣列結構的工藝流程圖。 圖2是化學氣相沉積法(CVD)在Si02/Si基底表面上生長氣流定向 的超長平行單壁碳納米管陣列結構的電鏡照片，放大倍數(shù)為400倍。 圖3是將Si02/Si基底表面上生長的超長平行單壁碳納米管陣列結
構，控制轉移到另一片Si02/Si基底表面后得到的電鏡照片，放大倍數(shù) 為400倍。圖4是將Si基底表面上生長的超長平行單壁碳納米管陣列結構，控 制轉移到帶有Pt電極結構的Si02/Si基底表面后，得到的單壁碳納米管 在Pt電極上的局部電鏡照片，放大倍數(shù)為40000倍。圖5是化學氣相沉積法(CVD)在Sapphire基底的a晶面上生長晶 面定向的單壁碳納米管陣列結構的電鏡照片，放大倍數(shù)為8000倍。圖6是將Sapphire基底a晶面上生長的晶面定向的單壁碳納米管陣 列結構，控制轉移到Si(ySi基底表面后得到的電鏡照片，放大倍數(shù)為 IOOOO倍。圖中1 -單壁碳納米管陣列結構 2 _生長單壁碳納米管陣列結構所用 基底3 -目標基底 4 -聚合物P固A膜具體實施方式
下面結合附圖，對本發(fā)明作詳細描述。 實施例1(1)采用化學氣相沉積法(CVD)在Si02/Si基底表面上生長氣流定 向的超長平行單壁碳納米管陣列結構，如圖2所示；(2 )在其表面旋涂一層P畫A的苯曱醚溶液，并于ll(TC烘烤45分 鐘除去溶劑，形成P醒A膜； (3 )將該覆有P固A膜的Si02/Si基底置于lmol L—'氫氧化鈉溶液 中加熱使其微沸，至PMMA膜脫離表面浮起；(4 )以超純水洗凈P醒A膜，并將其貼于另 一片Si02/Si基底表面上， 用高純氮氣吹干，于110。C烘烤45分鐘；(5 )將表面貼有PMMA膜的第二片Si02/Si基底置于紫外燈下照射3 小時，再經(jīng)顯影，定影過程除去PMMA膜，即可將Si(VSi基底表面上生 長的超長平行單壁碳納米管陣列結構完全保持原貌的控制轉移到另一 片Si(ySi基底上，如圖3所示。實施例2(1)采用化學氣相沉積法(CVD)在Si基底表面上生長氣流定向的超長平行單壁碳納米管陣列結構；(2 )在其表面旋涂一層P固A的苯甲醚溶液，并于13(TC烘烤40分 鐘除去溶劑，形成PMMA膜；(3 )將該覆有PMMA膜的Si基底置于2mol L—氫氧化鈉溶液中加 熱使其微沸，至PMMA膜脫離表面浮起；(4)以超純水洗凈P固A膜，并將其貼于帶有Pt電極結構的Si(ySi 基底上，用高純氮氣吹千，于130。C烘烤40分鐘；(5 )將表面貼有PMMA膜的帶有Pt電極結構的Si02/Si基底置于紫 外燈下照射3小時，再經(jīng)顯影，定影過程除去PMMA膜，即可將生長在 Si基底表面上的超長平行單壁碳納米管陣列結構控制轉移到帶有Pt電 極結構的Si02/Si基底上，如圖4所示。
實施例3(1)采用化學氣相沉積法(CVD)在Sapphire基底的a晶面上生長 晶面定向的單壁^f友納米管陣列結構，如圖5所示；(2 )在其表面旋涂一層P,A的苯甲醚溶液，并于17(TC烘烤30分 鐘除去溶劑，形成P畫A膜；(3 )將涂有P固A膜的Sa卯hire基底置于4mo1 1/氫氧化鉀溶液 中加熱使其微沸，至P固A膜脫離表面浮起；(4)以超純水洗凈P畫A膜，并將其貼于Si(ySi基底上，用高純氮 氣吹干，于17(TC烘烤30分鐘；(5 )將表面貼有P,A膜的Si(VSi基底置于紫外燈下照射3小時， 再經(jīng)顯影，定影過程除去PMMA膜，即可將生長在Sa卯hire基底a晶面 上的平行單壁碳納米管陣列結構轉移至Si02/Si基底上，如圖6所示。實施例4(1)采用化學氣相沉積法(CVD )在Si基底表面上生長氣流定向的 超長平行單壁碳納米管陣列結構；(2 )在其表面旋涂一層P鹿A的曱苯溶液，并于15(TC烘烤35分鐘 除去溶劑，形成P函A膜；(3 )將涂有P畫A膜的Si基底置于lmol . r氫氧化鉀溶液中加熱 使其微沸，至P謝A膜脫離表面浮起；(4 )以超純水洗凈PMMA膜，并將其貼于0. l咖厚的聚酯薄膜(Mylar )
表面上，用高純氮氣吹干，于13(TC烘烤30分鐘；(5 )將表面貼有PMMA膜的聚酯薄膜(Mylar )基底置于紫外燈下照 射3小時，再經(jīng)顯影，定影過程除去P畫A膜，即可將Si基底表面上生 長的超長平行單壁碳納米管陣列結構控制轉移到聚酯薄膜(Mylar)基 底上。本發(fā)明利用P固A聚合物膜控制轉移單壁碳納米管陣列結構，可將 生長基底上制備的單壁碳納米管陣列結構保持原貌的控制轉移到任意 目標基底上，如Si02/Si基底、金屬基底、聚酯薄膜(Mylar )基底、SrTi03 超導基底等。具有高成功率，操作方便，適用性廣等特點。綜上所述，本發(fā)明公開了一種控制轉移單壁碳納米管陣列結構 的方法。上面描述的應用場景和實施例，并非用于限定本發(fā)明，任何 本領域技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，可做各種的更動 和潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍視權利要求范圍所界定。
權利要求
1、一種控制轉移單壁碳納米管陣列結構的方法，其步驟包括(1)在生長基底上制備單壁碳納米管陣列結構；(2)在制有單壁碳納米管陣列結構的生長基底表面上旋涂一層聚酯溶液，并置于烘箱中烘烤，除去溶劑，形成含有單壁碳納米管陣列結構的聚酯膜；(3)將覆有聚酯膜的生長基底置于堿溶液中加熱使其微沸，至聚酯膜脫離生長基底而浮起；(4)以超純水洗凈聚酯膜，并將其貼于目標基底表面上，用高純氮氣吹干，再次置于烘箱中烘烤；(5)貼有聚酯膜的目標基底經(jīng)曝光、顯影、定影過程除去聚酯膜，即可將單壁碳納米管陣列結構保持原貌的控制轉移到目標基底上。
2、 如權利要求1所述的控制轉移單壁碳納米管陣列結構的方法，其特征在 于所述聚酯溶液為聚曱基丙烯酸甲酯的苯曱醚溶液，其質量百分比范 圍為3%— — 9%。
3、 如權利要求1或2所述的控制轉移單壁碳納米管陣列結構的方法，其特 征在于所述堿溶液為氫氧化鉀或氫氧化鈉溶液，其濃度在lmol . L—'至 2 mol 「!之間。
4、 如權利要求1或2所述的控制轉移單壁碳納米管陣列結構的方法，其特 征在于所述烘烤溫度范圍為ll(TC至200°C，烘烤時間在15分鐘至45 分鐘之間。
5、 如權利要求1或2所述的控制轉移單壁碳納米管陣列結構的方法，其特 征在于旋涂聚酯溶液，旋涂轉速的范圍為1500轉'分鐘—'至3000轉-分
6、 如權利要求1所述的控制轉移單壁碳納米管陣列結構的方法，其特征在 于所述制備單壁碳納米管陣列結構的方法為表面氣相沉積法。
7、 如權利要求1所述的控制轉移單壁碳納米管陣列結構的方法，其特征在 于所述曝光方法為紫光燈照射，照射時間在2小時至4小時之間。
8、 如權利要求1或7所述的控制轉移單壁碳納米管陣列結構的方法，其特 征在于所述顯影液為4-甲基-2-戊酮與異丙醇體積比為1 : 3的溶液，顯影時間為1分鐘。
9、 如權利要求8所述的控制轉移單壁碳納米管陣列結構的方法，其特征在 于所述定影液為異丙醇，定影時間為l分鐘。
全文摘要
本發(fā)明提供一種控制轉移單壁碳納米管陣列結構的方法，屬于納米結構制備和加工技術領域。該方法包括(1)在生長基底上制備單壁碳納米管陣列結構；(2)在其制有單壁碳納米管陣列結構的生長基底表面旋涂一層聚酯溶液，置于烘箱中烘烤除去溶劑，形成聚酯膜；(3)將覆有聚酯膜的基底置于堿溶液中加熱使其微沸，至聚酯膜脫離生長基底而浮起；(4)以超純水洗凈聚酯膜，并將其貼于目標基底表面上，用高純氮氣吹干，再次置于烘箱中烘烤；(5)將表面貼有聚酯膜的目標基底經(jīng)曝光、顯影、定影過程除去聚酯膜，即可高效、方便的將單壁碳納米管陣列結構保持原貌的控制轉移到任意目標基底上。
文檔編號C01B31/02GK101148254SQ20061011321
公開日2008年3月26日 申請日期2006年9月19日 優(yōu)先權日2006年9月19日
發(fā)明者劉忠范, 依 張, 錦 張, 焦麗穎, 犇 范 申請人:北京大學