專(zhuān)利名稱(chēng)：氮化碳/碳納米管納米二極管的制備方法及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有納米結(jié)的氮化碳/碳納米管二極管的制備方法，及其構(gòu)成整流電路和邏輯門(mén)電路的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子器件尺寸不斷地縮小。但是器件的尺寸從微米進(jìn)入到納米尺度時(shí)，由于量子效應(yīng)的影響，目前的無(wú)機(jī)器件材料已經(jīng)不再適用。
而碳納米管和納米線(xiàn)具有良好的機(jī)械性能和電子性能成為極具潛力的納米器件材料。利用碳納米管和納米線(xiàn)已經(jīng)制備了很多納米電子器件，如分子線(xiàn)，微分電阻，二極管，室溫場(chǎng)效應(yīng)晶體管，單電子晶體管以及存儲(chǔ)器(1Hu，J.；Ouyang，M.；Yang，P.；Lieber，C.M.Nature，1999，399，48.2Zhen，Y.；Postma，W.Ch；Balents，L.；Dekker，C.Nature，1999，402，273.3Ouyang，M.；Huang，J.L.；Cheung，C.L.；Lieber，C.M.Science，2001，291，97.4Tans，S.J.；Verschueren，A.R.；Dekker，C.Nature，1998，393，49.5Bockrath，M.；Cobden，D.H.；McEuen，P.L.；Chopra，N.G.；Zettel，A.；Thess，A.；Smalley，R.E.Science，1997，275，1922)。與微電子器件相似，各種納米結(jié)將是未來(lái)納米電路的構(gòu)筑單元，因此制備不同的納米結(jié)成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。目前，主要是利用物理方法構(gòu)筑不同的納米結(jié)，方法比較復(fù)雜。與無(wú)機(jī)硅器件相似，利用攙雜的方法在碳納米管的石墨網(wǎng)絡(luò)中引入給電子如氮或受電子元素如硼，可以有效的控制納米管的電子性能。目前，利用單壁碳納米管和納米線(xiàn)已經(jīng)制備了邏輯門(mén)電路(1Bachtold，A.；Hadley，P.；Nakanishi，T.；Dekker，C.Science，2001，294，1317.2Huang，Y.；Duan，X.F.；Cui，Y.；Lauhon，L.J.；Kim，K.H.；Lieber，C.M.Science，2001，294，1313.3Deryeke，V.；Martel，R.；Appenzeller，J.；Avouris，Ph.Nanoletters，2001，1，453)。但是這些制備方法比較復(fù)雜。我們制備了一種氮化碳/碳納米管，其一半為碳納米管，另一半為攙雜氮的氮化碳納米管。由這種分子內(nèi)二極管制備整流電路和邏輯門(mén)電路，方法簡(jiǎn)單，具有良好的邏輯功能，并且這種分子內(nèi)二極管可以代替晶體管收音機(jī)中的檢波二極管。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種氮化碳/碳納米管納米二極管及其制備方法，用其構(gòu)筑的整流電路，具有良好的整流性能；用其構(gòu)筑的二極管邏輯“或”和“與”門(mén)電路，具有良好的邏輯功能；用制備的納米二極管代替晶體管收音機(jī)中的檢波二極管，收音機(jī)仍然能正常工作，說(shuō)明在高頻區(qū)具有良好的檢波性能。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是提供一種氮化碳/碳納米管納米二極管的制備方法，包括下列步驟第一步，在熱氧化的二氧化硅表面用光刻技術(shù)制備Ti/Au電極對(duì)陣列；第二步，然后把制備的氮化碳/碳納米管分散在四氯化碳和二氯苯溶液里，將一滴含碳管的懸浮液滴在帶電極對(duì)的二氧化硅基底上；第三步，待溶劑揮發(fā)完全后，放入IDS P2X聚焦離子束(FIB)系統(tǒng)的真空室內(nèi)，用2～6皮安的聚焦離子束電流觀(guān)察到基片上的碳管，碳管直徑為40～60納米，長(zhǎng)度為2～5微米，并在單根碳管的兩端原位沉積Pt電極引線(xiàn)與Ti/Au電極相連；第四步，得到氮化碳/碳納米管納米二極管，完成。
所述的氮化碳/碳納米管納米二極管的制備方法，其第四步還可以是進(jìn)行整流電路的制備和整流性能的檢測(cè)；a)利用探針臺(tái)和信號(hào)源以及示波器組成半波整流電路，其中輸入為交流信號(hào)源，輸出為雙通道示波器；b)將納米二極管放在探針臺(tái)中央，探針臺(tái)的兩個(gè)探針?lè)謩e壓在納米二極管的兩端，其引線(xiàn)分別連接到信號(hào)源和示波器上；輸出端，旁接電阻接地；c)得到整流電路；
d)檢測(cè)整流性能；e)完成。
所述的氮化碳/碳納米管納米二極管的制備方法，其所述Ti/Au電極對(duì)陣列，其電極寬度為0.5～1.5微米，對(duì)電極間距離為5～10微米。
所述的氮化碳/碳納米管納米二極管的制備方法，其所述碳管直徑為40～60納米，長(zhǎng)度為2～5微米；Pt電極引線(xiàn)的寬度在300納米～2微米之間。
所述的氮化碳/碳納米管納米二極管的制備方法，其所制得的氮化碳/碳納米管納米二極管可構(gòu)筑二極管邏輯“或”和“與”門(mén)電路，并可在晶體管收音機(jī)中應(yīng)用。
所述的氮化碳/碳納米管納米二極管的制備方法，其所述二極管邏輯“或”和“與”門(mén)電路，其制備方法是第一步，制備兩個(gè)氮化碳/碳納米管二極管；第二步，取兩個(gè)氮化碳/碳納米管二極管；第三步，其氮化碳/碳納米管二極管的二個(gè)輸入端仍為輸入端，將二個(gè)輸出端相連為一個(gè)輸出端，在輸出端，旁接一電阻后接地，此為二極管邏輯“或”門(mén)電路；第四步，取兩個(gè)氮化碳/碳納米管二極管；第五步，其氮化碳/碳納米管二極管的二個(gè)輸入端仍為輸入端，將二個(gè)輸出端相連為一個(gè)輸出端，在輸出端，旁接一電阻后接電源的正極，此方二極管邏輯“與”門(mén)電路。
所述的氮化碳/碳納米管納米二極管的制備方法，其所述“與”門(mén)電路電源的正極，電壓值在3V到6V之間，優(yōu)選值為+5V。
所述的氮化碳/碳納米管納米二極管的制備方法，其所述接地和接電源正極的電阻的電阻值在500K到1.5兆歐之間，優(yōu)選值為1兆歐。
所述的氮化碳/碳納米管納米二極管的制備方法，其所述在晶體管收音機(jī)中的應(yīng)用，是取代晶體管收音機(jī)中的硅二極管。
本發(fā)明制備的氮化碳/碳納米管二極管具有以下特征和優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明制備的氮化碳/碳納米管二極管具有優(yōu)良的整流性能，在室溫下空氣中性能穩(wěn)定，是一種理想的分子器件。
2.本發(fā)明制備納米器件的電極利用了聚焦離子束光刻技術(shù)，可以直接觀(guān)察到基底上沉積的單根納米管，并能在納米管的兩端原位制備電極。工藝簡(jiǎn)單，而且接觸電阻小。
3.由本發(fā)明制備的氮化碳/碳納米管二極管構(gòu)筑了納米二極管邏輯“或”和“與”門(mén)電路，具有良好的邏輯功能，與用納米線(xiàn)制備的二極管邏輯電路相比，本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，性能穩(wěn)定。
4.利用本發(fā)明制備的氮化碳/碳納米管二極管可以取代晶體管收音機(jī)中傳統(tǒng)的硅二極管，為納米器件代替現(xiàn)在的硅器件提供了可靠的依據(jù)。
5.本發(fā)明制備的氮化碳/碳納米管二極管可以代替硅檢波二極管，收音機(jī)仍然能清晰的收聽(tīng)到不同的電臺(tái)節(jié)目，說(shuō)明本發(fā)明制備的氮化碳/碳納米管二極管在高頻范圍內(nèi)具有很好的檢波性能。


圖1為氮化碳/碳納米管二極管器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為氮化碳/碳納米管二極管的半波整流電路及其波形圖；a，半波整流電路原理圖；b，輸出波形；c，輸入波形；圖3為氮化碳/碳納米管二極管邏輯“或”門(mén)電路圖；a，邏輯“或”門(mén)電路圖；b，輸出曲線(xiàn)；圖4為氮化碳/碳納米管二極管邏輯“與”門(mén)電路圖；a，邏輯“與”門(mén)電路圖；b，輸出曲線(xiàn)；圖5為氮化碳/碳納米管二極管取代晶體管收音機(jī)中的檢波二極管實(shí)況圖片。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的制備方法及應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于此例。
實(shí)施例1本發(fā)明制備氮化碳/碳納米管納米二極管的方法第一步，在熱氧化的二氧化硅(SiO2，500納米)3表面用光刻技術(shù)制備Ti/Au電極1對(duì)陣列，電極寬度為1微米，對(duì)電極間距離為5-10微米。
第二步，然后把制備的氮化碳/碳納米管分散在四氯化碳和二氯苯溶液里，(氮化碳/碳納米管的制備方法參見(jiàn)劉云圻，胡平安，肖愷，王賢保，付磊，朱道本，申請(qǐng)?zhí)?2160815.6)，將一滴含碳管的懸浮液滴在帶電極1對(duì)的二氧化硅(SiO2)3基底上。
第三步，待溶劑揮發(fā)完全后，放入IDS P2X聚焦離子束(FIB)系統(tǒng)的真空室內(nèi)，用4皮安的聚焦離子束電流觀(guān)察到基片3上的碳管(直徑為50納米，長(zhǎng)度為4微米)，并在單根碳管的兩端原位沉積Pt電極引線(xiàn)2與Ti/Au電極1相連。Pt電極引線(xiàn)2的寬度為600納米。器件的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
第四步，整流電路的制備方法和整流性能檢測(cè)，利用探針臺(tái)(Wentworth，MP1008)和信號(hào)源(Sabtronics 5020A)以及示波器(Hitachi Denshi Ltd.，Oscilloscope V-509)組成半波整流電路。原理圖如圖2a，其中輸入為交流信號(hào)源，輸出為雙通道示波器，納米二極管放在探針臺(tái)中央，探針臺(tái)的兩個(gè)探針?lè)謩e壓在納米二極管的兩端，其引線(xiàn)分別連接到信號(hào)源和示波器上。在1KHz的頻率下掃描，其波形圖變化如圖2所示。輸入信號(hào)為全波(圖2c)，輸出則為半波(圖2b)，體現(xiàn)了良好的整流性能。
實(shí)施例2本發(fā)明由氮化碳/碳納米管納米二極管構(gòu)成邏輯門(mén)電路的制備方法第一步，按照實(shí)施例1的制備方法制備兩個(gè)氮化碳/碳納米管二極管；第二步，將制備的兩個(gè)氮化碳/碳納米管二極管與1兆歐的電阻按照?qǐng)D3a和圖4a所示的線(xiàn)路圖，分別連成二極管邏輯“或”(見(jiàn)圖3a)和“與”(見(jiàn)圖4a)門(mén)電路，接地和接正5V電阻的電阻值可在500K到1.5兆歐之間選取，優(yōu)選值為1兆歐。
其邏輯輸出曲線(xiàn)如圖3b和圖4b所示。當(dāng)兩個(gè)輸入端中有一個(gè)是高電平時(shí)，輸出為高電平，即為“或”門(mén)電路；而兩個(gè)輸入端都是高電平時(shí)，輸出才為高電平，即為“與”門(mén)電路。
實(shí)施例3
本發(fā)明在晶體管收音機(jī)中的應(yīng)用把按照實(shí)施例1制備的碳化氮/碳納米管二極管取代Sanyo RP1270晶體管收音機(jī)中的硅二極管(見(jiàn)圖5)，收音機(jī)仍然能清晰的收聽(tīng)到不同的電臺(tái)節(jié)目。
權(quán)利要求
1.一種氮化碳/碳納米管納米二極管的制備方法，其特征在于，包括下列步驟第一步，在熱氧化的二氧化硅表面用光刻技術(shù)制備Ti/Au電極對(duì)陣列；第二步，然后把制備的氮化碳/碳納米管分散在四氯化碳和二氯苯溶液里，將一滴含碳管的懸浮液滴在帶電極對(duì)的二氧化硅基底上；第三步，待溶劑揮發(fā)完全后，放入IDS P2X聚焦離子束(FIB)系統(tǒng)的真空室內(nèi)，用2～6皮安的聚焦離子束電流觀(guān)察到基片上的碳管，碳管直徑為40～60納米，長(zhǎng)度為2～5微米，并在單根碳管的兩端原位沉積Pt電極引線(xiàn)與Ti/Au電極相連；第四步，得到氮化碳/碳納米管納米二極管，完成。
2.如權(quán)利要求1所述的氮化碳/碳納米管納米二極管的制備方法，其特征在于，第四步還可以是進(jìn)行整流電路的制備和整流性能的檢測(cè)；a)利用探針臺(tái)和信號(hào)源以及示波器組成半波整流電路，其中輸入為交流信號(hào)源，輸出為雙通道示波器；b)將納米二極管放在探針臺(tái)中央，探針臺(tái)的兩個(gè)探針?lè)謩e壓在納米二極管的兩端，其引線(xiàn)分別連接到信號(hào)源和示波器上；輸出端，旁接電阻接地；c)得到整流電路；d)檢測(cè)整流性能；e)完成。
3.如權(quán)利要求1所述的氮化碳/碳納米管納米二極管的制備方法，其特征在于，所述Ti/Au電極對(duì)陣列，其電極寬度為0.5～1.5微米，對(duì)電極間距離為5～10微米。
4.如權(quán)利要求1所述的氮化碳/碳納米管納米二極管的制備方法，其特征在于，所述碳管直徑為40～60納米，長(zhǎng)度為2～5微米；Pt電極引線(xiàn)的寬度在300納米～2微米之間。
5.如權(quán)利要求1所述的氮化碳/碳納米管納米二極管的制備方法，其特征在于，所制得的氮化碳/碳納米管納米二極管可構(gòu)筑二極管邏輯“或”和“與”門(mén)電路，并可在晶體管收音機(jī)中應(yīng)用。
6.如權(quán)利要求5所述的氮化碳/碳納米管納米二極管的制備方法，其特征在于，所述二極管邏輯“或”和“與”門(mén)電路，其制備方法是第一步，制備兩個(gè)氮化碳/碳納米管二極管；第二步，取兩個(gè)氮化碳/碳納米管二極管；第三步，其氮化碳/碳納米管二極管的二個(gè)輸入端仍為輸入端，將二個(gè)輸出端相連為一個(gè)輸出端，在輸出端，旁接一電阻后接地，此為二極管邏輯“或”門(mén)電路；第四步，取兩個(gè)氮化碳/碳納米管二極管；第五步，其氮化碳/碳納米管二極管的二個(gè)輸入端仍為輸入端，將二個(gè)輸出端相連為一個(gè)輸出端，在輸出端，旁接一電阻后接電源的正極，此為二極管邏輯“與”門(mén)電路。
7.如權(quán)利要求6所述的氮化碳/碳納米管納米二極管的制備方法，其特征在于，所述電源的正極，電壓值在3V到6V之間，優(yōu)選值為+5V。
8.如權(quán)利要求6所述的氮化碳/碳納米管納米二極管的制備方法，其特征在于，所述接地和接電源正極的電阻的電阻值在500K到1.5兆歐之間，優(yōu)選值為1兆歐。
9.如權(quán)利要求5所述的氮化碳/碳納米管納米二極管的制備方法，其特征在于，所述在晶體管收音機(jī)中的應(yīng)用，是取代晶體管收音機(jī)中的硅二極管。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有納米結(jié)的氮化碳/碳納米管二極管的制備方法及應(yīng)用，及其構(gòu)成整流電路和邏輯門(mén)電路的制備方法。本發(fā)明方法，包括第一，利用IDS P2X聚焦離子束系統(tǒng)制備氮化碳/碳納米管二極管；第二，將得到的氮化碳/碳納米管二極管與信號(hào)發(fā)生器、雙通道示波器和電阻連成半波整流電路；第三，將兩個(gè)上述氮化碳/碳納米管二極管與電阻分別連成邏輯“或”門(mén)和“與”門(mén)電路；第四，上述制備得到的氮化碳/碳納米管二極管能取代半導(dǎo)體收音機(jī)的檢波二極管。本發(fā)明制備的氮化碳/碳納米管二極管性能穩(wěn)定，具有整流性能和邏輯功能，并在晶體管收音機(jī)中獲得應(yīng)用。
文檔編號(hào)H01L29/66GK1521859SQ03104280
公開(kāi)日2004年8月18日 申請(qǐng)日期2003年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月10日
發(fā)明者劉云圻, 肖愷, 胡平安, 于貴, 王賢保, 付磊, 朱道本 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所