[发明专利]一种提高碳纳米管平行阵列密度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在转移过程中提高碳纳米管密度，从而获得高密度碳纳米管平行阵列的制备方法，特别的，涉及一种借助具有单向伸缩性的膜材料来提高碳纳米管密度的方法。

背景技术

碳纳米管（CNT）是一种具有超长平均自由程的一维材料。与传统硅基场效应晶体管（MOSFET）相比，碳纳米管场效应晶体管（CNFET）具有优异的静电控制能力和器件性能，是有望替代硅基芯片技术的新一代半导体技术。

由于单根碳纳米管场效应晶体管的驱动电流低，器件容易受到外界寄生电容的影响，导致速度慢，因此，采用高密度碳纳米管平行阵列作为沟道材料制备场效应晶体管的对于降低寄生影响、提升电路各项性能至关重要。对于构建高速、低功耗晶体管，碳纳米管平行阵列的理想密度是100-200根/微米。

目前的制备方法无法获得密度大的高质量碳纳米管平行阵列。一种方法是直接生长，在石英衬底上单次生长可获得平均10-20根/微米，多次生长可获得的最好密度为平均40-50根/微米，但随着生长密度增加，碳纳米管会发生缠绕、弯曲、交叠，进一步阻碍碳管定向生长，因此这种方法不能得到高密度碳纳米管平行阵列。另一种方法是朗缪尔一布洛杰特（LB）膜转移法，可以制备出均匀的大面积取向排布的碳纳米管膜，然而碳纳米管通过纯化、超声、修饰等复杂的处理过程后，长度极短，存在大量缺陷，且修饰后的碳纳米管性能被严重削弱，因此也不能用于高质量碳纳米管平行阵列的制备。

中国专利200710075316.7公开了一种高密度碳纳米管阵列的制备方法，包括：提供一形成于一基底的碳纳米管阵列；提供一高弹性薄膜；均匀拉伸上述的高弹性薄膜后，附着在上述碳纳米管阵列上，同时对该高弹性薄膜均匀的施加压力；保持压力并收缩高弹性薄膜，撤去压力后，分离碳纳米管阵列与高弹性薄膜，从而得到高密度碳纳米管阵列。然而，该方法仅仅适用提高垂直于基底生长的碳纳米管阵列的密度，对于可能在电子器件中有重要应用价值的平行于基片生长的碳纳米管，由于其与基片接触面积大，范德瓦尔斯力相对增强，直接滑动会造成碳纳米管缠绕弯曲，收缩过程中施加的压力也会造成碳管在竖直方向上弯折，而且该专利最后利用机械剥离法将高弹性膜与碳纳米管分离，这对密度较高、缠绕较多的碳纳米管森林可能有一定成功率，但对低密度低缠绕的平行于基片生长的碳纳米管阵列，由于碳 纳米管与高弹性膜之间的吸引力大于碳管与硅片之间吸引力时，碳纳米管会黏附在高弹性膜上，造成碳管密度大幅度损失，因此，该专利仍未解决真正适合制备电子器件的、平行于基片生长的碳纳米管阵列的密度提高难题。

因此，发展一种能够在保持碳纳米管质量的前提下，获得高密度碳纳米管平行阵列的方法，对未来的高性能碳纳米管电子学发展尤为重要。

发明内容

针对现有制备方法中存在的问题，本发明旨在提出一种在转移中提高碳纳米管平行阵列密度，制备高质量的高密度碳纳米管平行阵列的方法。

该方法的主要思路是，首先将基片上生长的碳纳米管平行阵列，转移到可沿单一方向收缩的伸缩膜上，如橡胶、聚酯、形状记忆合金等其他具有收缩性的材料；沿着垂直于碳纳米管延伸的方向收缩此伸缩膜，提高碳纳米管平行阵列的密度；最后将该膜上的碳纳米管平行阵列转移到目标基片上。

本发明的技术方案具体如下：

一种提高碳纳米管平行阵列密度的方法，包括以下步骤：

1）将基片上生长的碳纳米管转移到拉伸后的伸缩膜上，得到复合结构，所述复合结构中碳纳米管延伸的方向垂直于所述伸缩膜可收缩的方向；

2）沿着垂直于碳纳米管延伸的方向收缩所述的伸缩膜；

3）基于化学方法将收缩后的复合结构中的碳纳米管从伸缩膜转移到目标基片上。

本发明中的作为原料的碳纳米管，可以是在任何基底上由任何生长方法制得，优选的是在石英或者蓝宝石基片上通过CVD（化学气相沉积）法制备的碳纳米管平行阵列。碳纳米管可以是阵列管，也可以是密度较低的单根碳管和碳纳米管薄膜。