[发明专利]一种去除碳纳米管阵列中金属性碳纳米管的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种去除碳纳米管阵列中金属性碳纳米管的方法，是利用当金属性碳纳米管和半导体碳纳米管与金属钛接触时，肖特基势垒大小会有差别，导致同样的电压下电流有所区别。基于此，可以去掉金属性碳纳米管，获得全半导体碳纳米管阵列。

背景技术

在石英基底上可以规模生长碳纳米管平行阵列材料，满足后续规模制备器件和集成电路的需求，自然生长的碳纳米管阵列既有半导体碳纳米管，又有零带隙的金属性碳纳米管，而后者的存在对实现碳纳米管数字集成电路是绝不允许的。目前，可能解决这个问题的方法有三种：

（1）在碳纳米管生长阶段，使用一些特殊碳源，如异丙醇，或者加入特殊的催化剂，如水，可以实现一定的选择性生长，提高半导体碳纳米管的比例，问题在于半导体金属性的比例需要达到至少100:1，才有可能满足数字电路所需的开关比，这是很难做到的；

（2）电流灼烧法，利用栅把半导体碳管关断，加比较大的电压，功率超过90μW/μm，才可以将金属性碳纳米管烧断，这对半导体碳纳米管的性能会造成损伤，同时金属管并未完全去掉；

（3）2013年J.A.Rogers在Nature Nanotechnology上发表一篇Using nanoscale thermocapillary flows to create arrays of purely semiconducting single-walled carbon nanotubes，里面提到在生长好的碳纳米管阵列上蒸上TPPA（Trishydroxyphenylethylisopropylbezene），通过部分栅关断半导体碳纳米管，而金属管电流不受影响，加电压1.33μW/μm，基底温度60℃，通电5分钟，金属管上的胶会被烧开，再干法刻蚀，去胶就可以得到半导体碳纳米管阵列，不过栅制作方法复杂，碳纳米管利用率不高。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种简单、不损伤半导体碳纳米管性能的去掉金属性碳纳米管，获得全半导体性碳纳米管阵列的方法。

本发明的技术方案如下：

一种去除碳纳米管阵列中金属性碳纳米管的方法，包括以下步骤：

1）在基底上制备碳纳米管阵列；

2）在生长好碳纳米管阵列的基底上制作源漏电极，制作源漏电极的金属为可以和半导体碳纳米管形成肖特基接触的金属；

3）使用恒压源或者周期性电源给源漏电极加电压，烧断金属性碳纳米管；

4）去除源漏电极。

本发明中碳纳米管阵列是在各种有晶格取向的基底上，如石英、蓝宝石等，通过化学气相沉积（CVD）法或者其他外加电场的方法制备得到的碳纳米管阵列；

本发明中的源漏电极可以是Ti、Al、Cu、Cr、Ca等各种可以与半导体性碳纳米管形成肖特基接触的金属，接触可以既可以采用对称接触也可以采用非对称接触，即源漏电极所用的金属可以都是Ti、Al、Cu、Cr、Ca中的一个，也可以是他们的两两组合。沟道长度从2μm到30μm；

进一步地，步骤3）中，使用恒压源给源漏电极所加电压为5V/μm以上，通电5分钟以上。

进一步地，步骤3）中，还包括给源漏电极加电压的同时对碳纳米管阵列施以微波，辅助烧断金属性碳纳米管。

进一步地，步骤3）中，还包括通电之前在基底上蒸镀一层TPPA并加热基底，使用周期性电源在源漏电极之间加上依次从8V/μm上升到14V/μm的电压，烧开金属性碳纳米管上的TPPA；刻蚀掉未被TPPA保护的金属性碳纳米管后去掉TPPA残胶。

进一步地，步骤4）中，使用KI/I₂溶液等溶解源漏电极。

本发明中涉及到微波，微波频率为2GHz到3GHz，优选2.45GHz，被金属性碳纳米管吸收更多，发热更多。

本发明中涉及需要对基底加热，加热温度从60℃到100℃都可以。

本发明中涉及到刻蚀，使用ICP或者RIE等各种干法刻蚀设备，反应气体为O₂/CF₄1:1混合，刻蚀时间为25s到30s。

进一步地，使用干法刻蚀将金属性碳纳米管刻蚀掉，使用有机溶剂或者高温法去掉TPPA残胶。

本发明中涉及到去TPPA残胶的方法，可以是在真空中或者惰性气体（如Ar气）保护下高温600℃及以上，5个小时及以上蒸发，或者通过一些有机溶剂溶解。

与现有技术相比，本发明的积极效果为：