[发明专利]一种垂直碳纳米管向目标衬底转移的方法

说明书

本发明公开了一种垂直碳纳米管向目标衬底转移的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、采用原子层沉积法在碳纳米管表面沉积纳米量级的第一金属层，使第一金属层与碳纳米管形成欧姆接触；S2、在第一金属层的表面沉积微米量级的第二金属层，以填充碳纳米管表面空隙，形成金属薄膜；S3、在目标衬底表面沉积金属合金，将碳纳米管转移到目标衬底上。本发明采用沉积速率较慢、沉积包覆性好的原子层沉积在碳纳米管表面沉积一层纳米量级、浸滑性好的金属，实现金属纳米颗粒渗透入碳纳米管表面，增加金属纳米颗粒与碳管的接触面积，实现金属原子对碳纳米管的浸润和包覆，进而形成欧姆接触，有效的降低了目标衬底与碳纳米管之间的接触电阻。

技术领域

本发明属于微纳系统制造领域，更具体地，涉及一种垂直碳纳米管向目标衬底转移的方法。

背景技术

碳纳米管被公认为是未来纳米科学和纳米技术的潜在候选者。它们独特的机械、电学、热学、光学、生物等性能使其非常适合用于纳米电子器件，例如场发射器、场效应晶体管、微处理器等。基于碳纳米管的电子电路制造技术将有助于实现更小尺度、更高性能、更低功耗的微纳电子器件。由于碳纳米管中存在碳-碳化学键，碳纳米管具有很高的热导率，具有高热导率和高电导率的碳纳米管是微电子热管理的有希望的候选者。对于碳纳米管的应用而言，其基本的结构形式主要是碳纳米管与金属电极之间所形成的互连结构。在这种结构中，碳纳米管的主要作用是形成电、热传输通道，或者作为能量转换的功能材料。其中，垂向碳纳米管阵列能够充当分子导线，允许底层电极和上部接触的生物实体之间实现电通信；单壁碳纳米管垂直阵列可用作高性能的PN结晶体管以及单极和互补逻辑门。然而，一些现有的技术障碍限制了碳纳米管在微电子器件中的应用。主要挑战之一是生长高质量CNT(＞600℃)所需的温度太高，无法与后端微电子加工工艺兼容。另一个主要难题是如何使碳纳米管与金属结构在纳米尺度上的具有良好接触与互连。从力学角度上是希望碳纳米管和金属之间形成稳定的化学键，而不是类似于范德华力的物理接触；同时也希望碳纳米管和目标衬底之间能够形成较大的接触面积，以确保互连的可靠性而不至于在承受应力时连接脱落，提高稳定性。从能量传递角度上主要是希望增加电子或声子的传递通道，以减小接触电阻和接触热阻，降低功耗。为了解决以上问题，垂直碳纳米管向目标衬底转移的方法可以将生长质量良好的垂直碳纳米管通过键合工艺转移到目标衬底上，同时利用碳纳米管本身的高导电、导热性能，可以实现碳纳米管与金属结构在纳米尺度上的良好接触与互连。因此，研究一种垂直碳纳米管向目标衬底转移的方法存在重要意义。

现有的垂直碳纳米管向目标衬底转移的方法包括：通过金属表面沉积来增加碳纳米管与衬底导电性的方法和通过增加压力增加碳纳米管与衬底接触面积的方法。其中，通过金属表面沉积来增加碳纳米管与衬底导电性的方法，具体采用焊料、金属合金、纳米颗粒等转移方式，通过采用电子束蒸发、磁控溅射等气相沉积方法在碳纳米管底部进行金属沉积，且金属层的厚度一般在纳米量级。金属沉积可以使碳管和衬底之间形成电接触，但由于碳纳米管长度的不均匀性，在压力的作用下，只有部分碳纳米管和衬底接触，容易造成转移后的碳纳米管和沉积的有效接触面积较小；并且传统的电子束蒸发、磁控溅射等气相沉积方法只能将金属沉积在碳管顶部，无法使金属进行深入包覆，不能充分发挥金属良好的浸润性，进而使得导电通路较少，接触强度降低，目标衬底与碳纳米管之间的接触电阻和热阻也较高，且稳定性较低。而通过增加压力增加碳纳米管与衬底接触面积的方法，通常采用加大压力的方式，增加转移后碳纳米管和衬底的有效接触面积，但是较大的压力会造成垂直碳纳米管的压缩，进而造成碳纳米管本身结构的破坏，同时也会增强碳纳米管管间的声子散射，进而使得碳纳米管热导率降低。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种垂直碳纳米管向目标衬底转移的方法，用以解决现有技术由于转移方式单一，目标衬底与碳纳米管之间的接触面积小，而导致的接触电阻较高的技术问题。

为了实现上述目的，第一方面，本发明解决提供了一种垂直碳纳米管向目标衬底转移的方法，包括以下步骤：

S1、采用原子层沉积法在碳纳米管表面沉积纳米量级的第一金属层，使第一金属层与碳纳米管形成欧姆接触；