專利名稱：在低溫下利用h的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生長碳納米管的方法，更具體地，本發(fā)明涉及一種在相對(duì)低溫下利用H2O等離子體生長良好的單壁碳納米管的方法。
背景技術(shù)：
碳納米管(CNT)是碳同素異形體，其由大量存在于地球上的碳組成。它們是非常微小的區(qū)域中的材料，在該區(qū)域的六邊形蜂窩狀結(jié)構(gòu)中一個(gè)碳結(jié)合另一個(gè)碳，并且該區(qū)域形成管形，管的直徑為幾個(gè)納米(nm＝十億分之一米)。CNT具有優(yōu)良的力學(xué)特征、電選擇性，優(yōu)良的場發(fā)射特性，及高效的氫儲(chǔ)存介質(zhì)特性，并在現(xiàn)有材料中公知作為幾乎沒有缺陷的完美新材料。
其石墨片以納米-級(jí)的直徑卷起來的CNT具有sp2鍵結(jié)構(gòu)。根據(jù)石墨片卷起的角度和形狀，它們具有導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電學(xué)特性。根據(jù)形成它們的壁的組合的數(shù)量，CNT可以分為單壁納米管(SWNT)或多壁納米管(MWNT)。而且，其中若干SWNT彼此結(jié)合的束納米管稱為繩納米管。
CNT可以利用高合成技術(shù)制備。高合成技術(shù)包括電弧放電，激光汽化，等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積，熱化學(xué)氣相沉積，電解，及火焰合成。
CNT具有高電學(xué)特性，因而能夠用于制備半導(dǎo)體器件如CMOS。通常，制備半導(dǎo)體器件如CMOS的方法和集成方法應(yīng)該盡可能地在低于500℃的低溫下進(jìn)行，以便減少半導(dǎo)體器件的缺陷。然而，如果在低于500℃的低溫下利用常規(guī)CNT合成方法生長CNT，那么產(chǎn)生大量的雜質(zhì)如無定形碳并生長有缺陷的CNT，以致不能得到良好的CNT。由于有缺陷的CNT，半導(dǎo)體器件的特性和性能可能退化。因而，為了通過在半導(dǎo)體器件中利用CNT來改善半導(dǎo)體器件的特性和性能，應(yīng)該開發(fā)出其中在低于500℃的低溫下能夠得到良好CNT的CNT合成技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種在相對(duì)低溫下利用H2O等離子體生長良好的單壁碳納米管的方法(CNT)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種在低溫下生長單壁碳納米管的方法，該方法包括準(zhǔn)備真空室；在該真空室中制備其上沉積有催化劑金屬的基底；蒸發(fā)要供應(yīng)給真空室中的H2O；在真空室中產(chǎn)生H2O等離子體放電；及向真空室中供應(yīng)源氣體，從而在H2O等離子體氣氛中在基底上生長碳納米管。
H2O等離子體的功率可以控制低于80W。碳納米管可以在低于500℃的溫度下生長10～600秒。
所述催化劑金屬可以為選自Fe、Ni和Co中的至少一種。源氣體可以為選自C2H2、CH4、C2H4、C2H6和CO中的至少一種，并且可以以20～60sccm的流量供應(yīng)。基底可以由Si、SiO2或玻璃制成。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明，良好的單壁碳納米管可以在低于500℃的相對(duì)低溫下生長。


通過參考附圖詳述其示例性實(shí)施方案，本發(fā)明的上述和其它方面將變得更加顯而易見，附圖中圖1為用于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案在低溫下生長單壁納米管(SWNT)方法的設(shè)備圖；圖2為當(dāng)是利用H2O等離子體生長SWNT時(shí)D-譜帶與G-譜帶的Raman強(qiáng)度比ID/IG與生長時(shí)間的關(guān)系圖；及圖3A和3B分別為利用H2O等離子體生長的SWNT和利用Ar等離子體生長的SWNT的TEM照片。
具體實(shí)施例方式
圖1為用于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案在低溫下生長單壁納米管(SWNT)方法的設(shè)備圖。
通常，用于在等離子體化學(xué)氣相沉積(CVD)設(shè)備中產(chǎn)生放電的功率分為兩種類型直流(DC)或高頻功率。13.56MHz的射頻(RF)和2.47GHz的微波常用作高頻功率。在等離子體CVD方法中，利用施加到正極的高頻功率在真空室中產(chǎn)生輝光放電。等離子體CVD的原理和設(shè)備對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是公知的，因而將省略其詳述。
其中加熱區(qū)和等離子體區(qū)彼此分隔的遠(yuǎn)程等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積(PECVD)設(shè)備示于圖1中。用于產(chǎn)生等離子體的RF等離子體線圈120安裝在真空室10的一側(cè)，用于以預(yù)定溫度加熱真空室10的加熱爐130安裝在真空室10的另一側(cè)。直徑為10mm的細(xì)長形狀的石英管110進(jìn)一步安裝在真空室10中。此時(shí)，石英管110放置在RF等離子體線圈120的周圍，即，在等離子體區(qū)中。
首先，將其上沉積催化劑金屬22的基底20插入到真空室10中。在本文中，真空室10由石英制成?；?0可以為由Si、SiO2或玻璃制成的基底。催化劑金屬22可以為Fe、Ni或Co。催化劑金屬22可以利用熱沉積、濺射或旋涂沉積在由Si、SiO2或玻璃制成的基底20上。
接著，蒸發(fā)H2O并供應(yīng)到真空室10，即，石英管110中，并逐漸加熱真空室10并保持在低于500℃的溫度下。然后，將RF功率施加到RF等離子體線圈120，以便在真空室10，即，石英管110中產(chǎn)生H2O等離子體放電。此時(shí)，H2O等離子體的功率控制低于80W。接著，將源氣體供應(yīng)給真空室10，以便在H2O等離子體氣氛中在基底10上生長碳納米管(CNT)30。通常，源氣體如C2H2、CH4、C2H4、C2H6和CO用于合成CNT 30。在本文中，源氣體可以以20-60sccm的流量供應(yīng)。CNT 30的生長可以進(jìn)行10-600秒。
因此，本發(fā)明的特征在于，CNT 30是利用CVD在H2O等離子體氣氛中生長的。當(dāng)CNT 30生長時(shí)，H2O等離子體充當(dāng)柔和的氧化劑或柔和的蝕刻劑，以便可以除去碳質(zhì)雜質(zhì)。具體地，當(dāng)CNT 30在H2O等離子體氣氛中生長時(shí)，它們可以生長在低于500℃的相對(duì)低溫下。因而，當(dāng)利用常規(guī)的大于800℃的高溫方法生長CNT 30時(shí)產(chǎn)生的雜質(zhì)如無定形碳的量可以大大減少。從而，按照該方法可以得到具有少量碳質(zhì)雜質(zhì)和無序碳的SWNT。具體地，因?yàn)镾WNT是利用低溫方法生長的并且其結(jié)晶度高，所以它們可以用于制備半導(dǎo)體器件。
圖2為當(dāng)SWNT是利用H2O等離子體生長時(shí)D-譜帶與G-譜帶的Raman強(qiáng)度比ID/IG與生長時(shí)間之間的關(guān)系圖。當(dāng)SWNT是利用Ar等離子體生長時(shí)D-譜帶與G-譜帶的Raman強(qiáng)度ID/IG比隨生長時(shí)間的變化也示于圖2中。
圖3A和3B分別為利用H2O等離子體生長的SWNT和利用Ar等離子體生長的SWNT的TEM照片。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，在低于500℃的相對(duì)較溫下可以生長良好的單壁碳納米管。大部分碳納米管僅生成為單壁碳納米管(SWNT)，并且它們幾乎不包括多壁碳納米管(MWNT)。具體地，SWNT包含相對(duì)少量的碳質(zhì)雜質(zhì)并具有高結(jié)晶度，以致它們可以容易用于制備半導(dǎo)體器件。
盡管已經(jīng)參考其示例性實(shí)施方案具體地說明和描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)理解其中可以進(jìn)行各種形式和細(xì)節(jié)上的變化，而不脫離由所附的權(quán)利要求書所界定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種在低溫下生長單壁碳納米管的方法，該方法包括準(zhǔn)備真空室；在該真空室中制備其上沉積有催化劑金屬的基底；蒸發(fā)要供應(yīng)給真空室中的H2O；在真空室中產(chǎn)生H2O等離子體放電；及向真空室中供應(yīng)源氣體，以在H2O等離子體氣氛中在基底上生長碳納米管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中H2O等離子體的功率控制低于80W。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述碳納米管在低于500℃的溫度下生長。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述碳納米管生長10～600秒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述催化劑金屬為選自Fe、Ni和Co中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述源氣體為選自下列中的至少一種C2H2、CH4、C2H4、C2H6和CO。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述源氣體以20～60sccm的流量供應(yīng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述基底由Si、SiO2或玻璃制成。
9.通過權(quán)利要求1的方法制備的單壁碳納米管。
全文摘要
本發(fā)明提供一種利用H
文檔編號(hào)C01B31/02GK1895998SQ20061000924
公開日2007年1月17日 申請(qǐng)日期2006年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月12日
發(fā)明者裵恩珠, 閔約賽, 樸玩濬 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社