專利名稱：使用聚焦離子束制造碳納米管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造碳納米管的方法，更具體地，涉及使用聚焦離子束(FIB)制造碳納米管的方法。
背景技術(shù)：
碳納米管具有特定的結(jié)構(gòu)和電的特性并且廣泛應(yīng)用在很多器件中，例如，用于場發(fā)射顯示器(FED)和液晶顯示器(LCD)的背光、納米電子器件、致動器(actuator)以及電池(battery)等。
制造碳納米管的傳統(tǒng)方法包括諸如電弧放電(arc discharge)方法和激光汽化(laser vaporization)的物理方法，以及諸如化學(xué)氣相沉積(CVD)的化學(xué)方法。
圖1是在進行傳統(tǒng)電弧放電方法中使用的電弧放電設(shè)備的示意圖。
參照圖1，為了進行電弧放電方法，陰極電極11和陽極電極13，兩者都是石墨棒，安裝在設(shè)備中并且在電極11和13之間施加電壓，由此在電極11和13之間產(chǎn)生放電。當(dāng)放電發(fā)生時，從作為陽極電極13的石墨棒上分離的碳表皮(carbon crust)被吸引并附在保持低溫的作為陰極電極11的石墨棒上。
圖2是在進行傳統(tǒng)激光汽化方法中使用的激光汽化設(shè)備的示意圖。
參照圖2，為了進行激光汽化方法，反應(yīng)爐27保持大約1200℃的溫度，接著激束21照射到反應(yīng)爐27內(nèi)的石墨23上，從而汽化石墨23。汽化的石墨23被吸附到保持低溫的收集器(collector)25上。
圖3是在進行等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)方法中使用的設(shè)備的示意圖。在PECVD方法中，真空管中的反應(yīng)氣體由于兩個電極之間施加的射頻(RF)波電場的能量或直流電流而放電。
參照圖3，其上碳納米管將被合成的基板31設(shè)置在接地的底電極32上，并且在頂電極34和底電極32之間提供反應(yīng)氣體。耐熱加熱器33設(shè)置在底電極32之下，或者燈絲(filament)35設(shè)置在頂電極34和底電極32之間，從而分解反應(yīng)氣體。分解反應(yīng)氣體并合成碳納米管所需的能量從RF功率源37提供。
在傳統(tǒng)物理或化學(xué)方法中，處理精度低并且在基板的細微部分上的選擇性構(gòu)圖不能容易地進行。因此，碳納米管不能根據(jù)所需圖案容易地選擇性地在細微部分上生長。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了使用聚焦離子束(FIB)制造碳納米管的方法，其中碳納米管能夠在基板的細微部分上以納米水平選擇性地生長。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面。提供了使用FIB制造碳納米管的方法，包括準(zhǔn)備基板、用FIB掃描(scan)基板以及在掃描后的基板上生長碳納米管。


通過參照下述附圖詳細描述其示例性實施例，本發(fā)明的上述和其他特征及優(yōu)勢將變得更加顯而易見，其中圖1是在進行傳統(tǒng)電弧放電方法中使用的電弧放電設(shè)備的示意圖；圖2是在進行傳統(tǒng)激光汽化方法中使用的激光汽化設(shè)備的示意圖；圖3是在進行傳統(tǒng)等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)方法中使用的設(shè)備的示意圖；圖4A到4C是示意圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實施例使用聚焦離子束(FIB)制造碳納米管的方法；圖5A到5D是示意圖，示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例使用FIB制造碳納米管的方法；圖6是利用根據(jù)本發(fā)明的實施例使用FIB制造碳納米管的方法所得到的碳納米管的圖；圖7是圖6中所示的部分A的放大圖；及圖8是使用FIB形成的圖案的一部分的圖。
具體實施例方式
下面，將參照附圖更詳細地描述根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的使用聚焦離子束(FIB)制造碳納米管的方法。附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。
圖4A到4C是示意圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例使用FIB制造碳納米管的方法。
參照圖4A，基板10被準(zhǔn)備好?；?0可由從包括Si、SiO2、Al2O3、GaN、GaAs、SiC以及SiN的組中選擇的至少一種材料構(gòu)成。
參照圖4B，基板10的表面用FIB掃描。接著，F(xiàn)IB中包含的離子12被壓入基板10的表面。離子12可為鎵(Ga)離子。發(fā)射FIB的FIB設(shè)備具有非常高的分解樣品的能力并且允許樣品的納米水平的分解。因此，通過用FIB掃描基板10，基板10能夠以納米水平的精確性被掃描。另外，基板10的預(yù)定部分能夠使用FIB設(shè)備的高分解能力被選擇性地掃描，因此，不同的圖案能夠容易地在基板10上形成。
參照圖4C，碳納米管13在掃描后的基板10上生長。這時，離子12起到碳納米管13的生長核的作用，因此，碳納米管13基于離子12垂直地生長。諸如CH4、C2H2、C2H4以及C2H6的碳氫化合物氣體可用來生長碳納米管13。碳納米管13可使用例如化學(xué)氣相沉積(CVD)方法、熱CVD方法以及等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)方法生長。當(dāng)碳納米管13使用熱CVD方法生長時，碳納米管13的生長均勻性非常高，并且碳納米管13能夠比在PECVD方法中有更小的直徑，結(jié)果，碳納米管13具有低的導(dǎo)通(turn-on)電壓。當(dāng)碳納米管13使用PECVD方法生長時，碳納米管13比熱CVD方法中能夠更容易在基板10上垂直生長并且在更低的溫度合成。碳納米管13的垂直生長依賴于PECVD系統(tǒng)中陽極電極和陰極電極之間的施加的電場的方向，因此，碳納米管13的生長方向可通過電場的方向進行控制。因為碳納米管13的生長方向是固定的，生長密度能夠容易地被控制并且電子由于電場而能夠容易地被發(fā)射。
圖5A到5D是示意圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例使用FIB制造碳納米管的方法。
參照圖5A，基板20被準(zhǔn)備好?；?0可由從包括Si、SiO2、Al2O3、GaN、GaAs、SiC以及SiN的組中所選擇的至少一種材料構(gòu)成。
參照圖5B，基板20使用FIB被構(gòu)圖從而形成預(yù)定圖案21。在這個實施例中，基板20的構(gòu)圖使用具有非常高的分解能力的FIB設(shè)備進行，因此基板20能夠以納米水平的精確性被構(gòu)圖。
參照圖5C，基板20的表面用FIB掃描。接著，包含在FIB內(nèi)的離子22，例如，Ga離子，被壓入基板20的表面內(nèi)。在這個掃描過程中，離子22可被發(fā)射到基板20的其上未形成圖案21的一部分上，然后壓到該部分上。
參照圖5D，碳納米管23在掃描后的基板20上生長。這時，離子22起到碳納米管23的生長核的作用，因此，碳納米管23基于離子22垂直生長。如上所述，當(dāng)離子22設(shè)置在基板20的未形成圖案21的部分上時，碳納米管23在基板20的未形成圖案21的部分的表面上生長。即，使用具有納米水平分解能力的FIB設(shè)備在基板20的表面上形成納米水平圖案21，因此，碳納米管23可根據(jù)圖案21生長在基板20上。這樣，根據(jù)本實施例，碳納米管23能夠選擇性地在基板20的細微部分上生長，并且圖案21能夠容易地以各種形式形成。
諸如CH4、C2H2、C2H4以及C2H6的碳氫化合物可用來生長碳納米管23。碳納米管23可使用CVD方法生長，例如，熱CVD方法以及PECVD方法。
圖6是利用根據(jù)本發(fā)明的實施例使用FIB制造碳納米管的方法所得到的碳納米管的圖。圖7是圖6中所示的部分A的放大圖。圖8是使用FIB中形成的圖案的一部分的圖。
參照圖6到8，使用FIB將預(yù)定圖案41形成在基板40上，并且碳納米管43生長在構(gòu)圖的基板40上。包含在FIB中的Ga離子起到碳納米管43的生長核的作用，并且碳納米管43可在基板40的未形成圖案41的部分上生長。這樣，根據(jù)本實施例，由于使用FIB，圖案41能夠在基板40上以納米水平選擇性地生長并且容易以各種形式形成。
在根據(jù)本發(fā)明使用FIB制造碳納米管的方法中，通過用FIB掃描基板，碳納米管能夠選擇性地在基板的細微部分上以納米水平生長并且圖案能夠容易地以各種形式形成。
由于以上效果，使用FIB制造碳納米管的方法能夠用于制造半導(dǎo)體工藝中的晶體管陣列，以及用于制造傳感器，例如，氣體傳感器、化學(xué)傳感器和生物傳感器。
盡管參照其示例性實施例特別地示出和描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員能夠理解，在不脫離本發(fā)明的下面權(quán)利要求所定義的精神和范圍的情況下，可以進行形式和細節(jié)上的各種改變。
權(quán)利要求
1.一種使用聚焦離子束(FIB)制造碳納米管的方法，包括準(zhǔn)備基板；用所述FIB掃描所述基板；及在所述掃描后的基板上生長碳納米管。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中在使用所述FIB掃描所述基板過程中，所述FIB中包含的離子被壓入所述基板的表面。
3.如權(quán)利要求2的方法，其中所述FIB包含鎵(Ga)離子。
4.如權(quán)利要求2的方法，其中在生長所述碳納米管的過程中，使用化學(xué)氣相沉積(CVD)方法在所述壓入的離子上生長所述碳納米管。
5.如權(quán)利要求4的方法，其中碳氫化合物氣體用于生長所述碳納米管。
6.如權(quán)利要求1的方法，其中所述基板由從包括Si、SiO2、Al2O3、GaN、GaAs、SiC和SiN的組中選擇的至少一種材料構(gòu)成。
7.一種使用FIB制造碳納米管的方法，包括準(zhǔn)備基板；用所述FIB構(gòu)圖所述基板；用所述FIB掃描所述已構(gòu)圖的基板；及在所述掃描后的基板上生長所述碳納米管。
8.如權(quán)利要求7的方法，其中在用所述FIB掃描所述基板過程中，包含在所述FIB內(nèi)的離子被壓入所述基板的表面。
9.如權(quán)利要求8的方法，其中所述FIB包含Ga離子。
10.如權(quán)利要求8的方法，其中在生長所述碳納米管的過程中，使用CVD方法在所述壓入的離子上生長所述碳納米管。
11.如權(quán)利要求10的方法，其中碳氫化合物氣體用于生長所述碳納米管。
12.如權(quán)利要求7的方法，其中所述基板由從包括Si、SiO2、Al2O3、GaN、GaAs、SiC以及SiN的組中選擇的至少一種材料構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種使用聚焦離子束(FIB)制造碳納米管的方法。該方法包括準(zhǔn)備基板、用FIB掃描基板、以及在掃描后的基板上生長碳納米管。
文檔編號B82B3/00GK1807232SQ20051008754
公開日2006年7月26日 申請日期2005年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月21日
發(fā)明者宋仁庸, 裵恩珠, 高朱惠, 樸玩濬 申請人:三星電子株式會社