一種高自動(dòng)化程度的碳納米管組裝方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一維納米材料自動(dòng)化組裝技術(shù)，特別是高自動(dòng)化程度的碳納米管組裝技術(shù)。其主要內(nèi)容包括：設(shè)計(jì)LabVIEW控制程序，配制碳納米管懸浮液，將極少量的碳納米管懸浮液滴于金屬電極間隙區(qū)域并運(yùn)行LCR測(cè)試儀和LabVIEW程序?qū)μ技{米管進(jìn)行介電電泳組裝，電極間隙電阻值隨組裝碳納米管數(shù)量的增大而減小，且二者存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系；組裝過(guò)程中由LabVIEW程序和LCR測(cè)試儀對(duì)間隙電阻進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，當(dāng)阻值達(dá)到程序設(shè)定值時(shí)，程序控制LCR測(cè)試儀自動(dòng)停止組裝過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)限定阻值的碳納米管組裝。本發(fā)明自動(dòng)化程度高，目的性強(qiáng)，效率高，為作為功能元器件或互連線的碳納米管在集成電路和微納裝置中的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種高自動(dòng)化程度的碳納米管組裝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米材料組裝【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種高自動(dòng)化程度的碳納米管組裝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳納米管作為一維納米材料的典型代表，以其奇特的納米結(jié)構(gòu)特性和在電學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、力學(xué)等方面的優(yōu)越性能而成為新一代納米電子器件制造的關(guān)鍵材料。組裝是碳納米管在微納電子和微納機(jī)電系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域獲得應(yīng)用的前提，碳納米管的組裝是指將作為功能元器件或互連線的碳納米管集成到芯片或微納裝置所需的位置上。
[0003]目前，在碳納米管的各種組裝方法中，介電電泳法獲得了較為普遍的應(yīng)用。介電電泳法是碳納米管制備后的獨(dú)立組裝方法，完全脫離于碳納米管的生長(zhǎng)環(huán)境，可以組裝性能優(yōu)異但又有特殊制備條件要求的碳納米管，可以在對(duì)碳納米管進(jìn)行嚴(yán)格性能篩選后進(jìn)行。在碳納米管介電電泳組裝過(guò)程中，對(duì)組裝結(jié)果影響較大的三個(gè)過(guò)程參數(shù)為外加交變電壓幅值(H.ff.Seo, C.S.Han, D.G.Choi, K.S.Kim and Y.H.Lee, Microelectron.Eng.,2005，81,83)、電場(chǎng)作用時(shí)間(J.Li, Q.Zhang, N.Peng and Q.Zhu, Appl.Phys.Lett., 2005,86,153116)和碳納米管懸浮液濃度(Z.Chen, ff.Hu, J.Guo and K.Saito, J.Vac.Sc1.Technol.B，2004，22，776)，其他影響因素包括碳納米管和介電液的電學(xué)性能、外加交變電壓頻率、電極結(jié)構(gòu)形狀及電極間隙大小等?？傮w來(lái)說(shuō)，增大外加交變電壓幅值、電場(chǎng)作用時(shí)間和碳納米管懸浮液濃度都會(huì)使組裝的碳納米管數(shù)量增多，但就現(xiàn)有文獻(xiàn)看，這三個(gè)過(guò)程參數(shù)對(duì)組裝結(jié)果的影響程度沒(méi)有統(tǒng)一、明確的量化關(guān)系，組裝結(jié)果存在較大的隨機(jī)性。由于介電電泳組裝碳納米管的影響因素很多，并且這些因素之間存在交互作用，加之一些隨機(jī)性因素，使得介電電泳法不容易穩(wěn)定地獲得所需的組裝結(jié)果，且組裝后需要使用掃描隧道顯微鏡等操作繁瑣的儀器設(shè)備來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。碳納米管在微電子等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用既要求能大量地對(duì)碳納米管進(jìn)行組裝，更要求能實(shí)現(xiàn)碳納米管的單根和小數(shù)量組裝，特別是對(duì)組裝后的碳納米管連接電阻有特定的限制要求，因?yàn)檫B接電阻對(duì)碳納米管器件的性能有著決定性的影響(E.Artukovic, M.Kaempgen, D.S.Hecht, S.Roth, G.Griiiiner.Nano Lett.，2005, 5, 757)。因此，缺乏高自動(dòng)化程度、滿(mǎn)足特定組裝要求的組裝技術(shù)成為阻礙碳納米管應(yīng)用的首要因素。
[0004]SuehiiO等人采用介電電泳法大規(guī)模地組裝碳納米管。他們將電極封閉于一個(gè)腔體內(nèi)，通過(guò)泵的作用使碳納米管溶液在腔體內(nèi)流動(dòng)。在電極的兩端施加一定頻率和幅值的交流電壓，借助阻抗分析儀監(jiān)測(cè)電極之間的電導(dǎo)率(J.Suehiro, G.Zhou andM.Hara,J.Phys.D:Appl.Phys.,2003,36, L109)，該方法用于碳納米管的大規(guī)模組裝。Banerjee等人用介電電泳組裝時(shí)在電路中串聯(lián)一個(gè)很大的電阻，當(dāng)少量碳納米管組裝成功后，由于電路的閉合，串聯(lián)的電阻會(huì)分擔(dān)大部分壓降，兩個(gè)電極之間的電壓就變得很小而不足以提供碳納米管進(jìn)一步組裝所需的電場(chǎng)強(qiáng)度，避免了碳納米管的無(wú)限制組裝(S.Banerjee，B.E.White, L.Huang, B.J.Rego, S.0brien and 1.P.Herman, J.Vac.Sc1.Technol.B, 2006,24，3173)，但該方法不能穩(wěn)定地獲得所需數(shù)量 的碳納米管組裝。已公布的專(zhuān)利:碳納米管與金屬電極的連接處理方法(
【發(fā)明者】安立寶, 楊曉霞, 張志明, 張紅 申請(qǐng)人:河北聯(lián)合大學(xué)