[发明专利]图形化碳纳米管薄膜或阵列的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管薄膜或阵列的加工方法，特别是涉及一种图形化碳纳 米管薄膜或阵列的方法。

背景技术

碳纳米管自被发现以来因其优良的电学和力学性质受到人们的广泛关注。其潜 在的运用领域，例如平板显示器，逻辑电路，传感器以及能量存储等都需要将获得 的碳纳米管薄膜或阵列进行截断或图形化。目前，对于图形化碳纳米管薄膜以及阵 列主要有以下几种方式：1)对于多壁碳纳米管，采用图形化催化剂，然后定位生长 的方式。利用这种方法获得的碳纳米管图形化阵列为垂直于表面的多壁碳纳米管阵 列。这种结构一般运用于场发射器件。然而这种方式并不适用于单壁碳纳米管薄膜 和阵列；2)对于单壁碳纳米管薄膜和阵列，一般采用的方法为光刻刻蚀的方式将原 本较长的碳纳米管截断为合适的图形。这种方法大量运用在制备碳纳米管场效应晶 体管(FET)以及逻辑电路中。但是这种方法由于采用了传统的光刻刻蚀技术，在制 备过程中首先需要采用各种溶剂。此外，在制备器件过程中往往需要运用套刻等技 术，不但降低了效率也使器件良品率无法得到保证。3)利用氧化性溶液将碳纳米管 截断的方式也被广泛运用，该方法是将碳纳米管分散在溶液中通过强酸氧化切短， 获得具有一定长度分布的碳纳米管；该方法获得的截断的碳纳米管由于处于溶液相 中，在后续运用中存在定位的困难，且由于大量氧化性溶剂的使用，会影响甚至改 变碳纳米管本身的性质。

发明内容

本发明的目的是提供一种图形化碳纳米管薄膜或阵列的方法。

本发明提供的一种对碳纳米管薄膜或阵列进行图形化的方法，包括如下步骤：

1)在生长基底上制备碳纳米管薄膜或阵列；

2)在石英基底上制备钛金属层；

3)将所述步骤2)制备得到的钛金属层氧化为二氧化钛层；

4)在石英基底上制备铬光掩膜；

5)将所述铬光掩膜置于最上层，所述二氧化钛层置于第二层，所述碳纳米管薄 膜或阵列置于最下层，所述二氧化钛层中的二氧化钛与所述碳纳米管薄膜或阵列接 触，用紫外光下进行照射，照射完毕移去所述铬光掩模和所述二氧化钛层，完成所 述碳纳米管薄膜或阵列的图形化。

该方法的步骤1)中，所述生长基底为Si/SiO₂或氧化铝基底，厚度为300-800 纳米，优选300纳米；其中，Si/SiO₂基底是由Si和SiO₂组成的复合基底，Si层位 于下方，SiO₂衬底层与碳纳米管薄膜或阵列接触。制备碳纳米管薄膜或阵列的方法 为常用的化学气相沉积法(CVD)；所述化学气相沉积法中，原料为甲烷、乙醇、 石油气、天然气或煤气；沉积时间为30-60分钟，优选40分钟；沉积温度为860-980 ℃；沉积压力为一个标准大气压。

步骤2)中，石英基底的厚度为300-1000微米，优选500微米；所述钛金属 层的厚度为5-6纳米；所述制备钛金属层的方法为常用的热蒸镀法；在实际操作中， 只需对钛金属层的厚度进行设定，各种常用的热蒸镀设备即可根据设定的厚度自动 控制工艺条件，得到预期厚度的钛金属层。

步骤3)中，氧化的温度为450-700℃，优选600℃；氧化的时间为0.5-2小 时，优选1小时；氧化的气氛为空气气氛。

步骤4)中，石英基底的厚度为300-1000微米，优选500微米；

所述制备铬光掩膜的方法为下述方法a或方法b：

方法a，通过遮蔽蒸镀的方法制备铬光掩模：先将掩膜固定于石英基底上，再制 备铬金属层，去除所述掩膜后得到所述铬光掩膜；

方法b，通过电子束刻蚀的方法制备铬光掩模：先在石英基底上制备铬金属层， 再在所述铬金属层上涂覆一层光刻胶，曝光所述光刻胶，显影，定影后，用铬试剂 溶解掉暴露的金属铬，得到所述铬光掩膜；

上述方法a和方法b中，所述制备铬金属层的方法为热蒸镀法；所述铬金属层 的厚度为30-300纳米，优选100纳米，以保证铬金属层能够有效的阻挡紫外光的 穿透，同时又能保证在金属薄膜剥离过程中能够顺利剥离。在实际操作中，只需对 铬金属层的厚度进行设定，各种常用的热蒸镀设备即可根据设定的厚度自动控制工 艺条件，得到预期厚度的铬金属层。