使用聚焦離子束製造碳納米管的方法
2023-04-23 17:36:21
專利名稱：使用聚焦離子束製造碳納米管的方法
技術領域：
本發明涉及製造碳納米管的方法，更具體地，涉及使用聚焦離子束(FIB)製造碳納米管的方法。
背景技術：
碳納米管具有特定的結構和電的特性並且廣泛應用在很多器件中，例如，用於場發射顯示器(FED)和液晶顯示器(LCD)的背光、納米電子器件、致動器(actuator)以及電池(battery)等。
製造碳納米管的傳統方法包括諸如電弧放電(arc discharge)方法和雷射汽化(laser vaporization)的物理方法，以及諸如化學氣相沉積(CVD)的化學方法。
圖1是在進行傳統電弧放電方法中使用的電弧放電設備的示意圖。
參照圖1，為了進行電弧放電方法，陰極電極11和陽極電極13，兩者都是石墨棒，安裝在設備中並且在電極11和13之間施加電壓，由此在電極11和13之間產生放電。當放電發生時，從作為陽極電極13的石墨棒上分離的碳表皮(carbon crust)被吸引並附在保持低溫的作為陰極電極11的石墨棒上。
圖2是在進行傳統雷射汽化方法中使用的雷射汽化設備的示意圖。
參照圖2，為了進行雷射汽化方法，反應爐27保持大約1200℃的溫度，接著激束21照射到反應爐27內的石墨23上，從而汽化石墨23。汽化的石墨23被吸附到保持低溫的收集器(collector)25上。
圖3是在進行等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)方法中使用的設備的示意圖。在PECVD方法中，真空管中的反應氣體由於兩個電極之間施加的射頻(RF)波電場的能量或直流電流而放電。
參照圖3，其上碳納米管將被合成的基板31設置在接地的底電極32上，並且在頂電極34和底電極32之間提供反應氣體。耐熱加熱器33設置在底電極32之下，或者燈絲(filament)35設置在頂電極34和底電極32之間，從而分解反應氣體。分解反應氣體併合成碳納米管所需的能量從RF功率源37提供。
在傳統物理或化學方法中，處理精度低並且在基板的細微部分上的選擇性構圖不能容易地進行。因此，碳納米管不能根據所需圖案容易地選擇性地在細微部分上生長。
發明內容
本發明提供了使用聚焦離子束(FIB)製造碳納米管的方法，其中碳納米管能夠在基板的細微部分上以納米水平選擇性地生長。
根據本發明的一個方面。提供了使用FIB製造碳納米管的方法，包括準備基板、用FIB掃描(scan)基板以及在掃描後的基板上生長碳納米管。
通過參照下述附圖詳細描述其示例性實施例，本發明的上述和其他特徵及優勢將變得更加顯而易見，其中圖1是在進行傳統電弧放電方法中使用的電弧放電設備的示意圖；圖2是在進行傳統雷射汽化方法中使用的雷射汽化設備的示意圖；圖3是在進行傳統等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)方法中使用的設備的示意圖；圖4A到4C是示意圖，示出了根據本發明實施例使用聚焦離子束(FIB)製造碳納米管的方法；圖5A到5D是示意圖，示出了根據本發明另一實施例使用FIB製造碳納米管的方法；圖6是利用根據本發明的實施例使用FIB製造碳納米管的方法所得到的碳納米管的圖；圖7是圖6中所示的部分A的放大圖；及圖8是使用FIB形成的圖案的一部分的圖。
具體實施例方式
下面，將參照附圖更詳細地描述根據本發明的示例性實施例的使用聚焦離子束(FIB)製造碳納米管的方法。附圖中相同的附圖標記表示相同的元件。
圖4A到4C是示意圖，示出了根據本發明的實施例使用FIB製造碳納米管的方法。
參照圖4A，基板10被準備好。基板10可由從包括Si、SiO2、Al2O3、GaN、GaAs、SiC以及SiN的組中選擇的至少一種材料構成。
參照圖4B，基板10的表面用FIB掃描。接著，FIB中包含的離子12被壓入基板10的表面。離子12可為鎵(Ga)離子。發射FIB的FIB設備具有非常高的分解樣品的能力並且允許樣品的納米水平的分解。因此，通過用FIB掃描基板10，基板10能夠以納米水平的精確性被掃描。另外，基板10的預定部分能夠使用FIB設備的高分解能力被選擇性地掃描，因此，不同的圖案能夠容易地在基板10上形成。
參照圖4C，碳納米管13在掃描後的基板10上生長。這時，離子12起到碳納米管13的生長核的作用，因此，碳納米管13基於離子12垂直地生長。諸如CH4、C2H2、C2H4以及C2H6的碳氫化合物氣體可用來生長碳納米管13。碳納米管13可使用例如化學氣相沉積(CVD)方法、熱CVD方法以及等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)方法生長。當碳納米管13使用熱CVD方法生長時，碳納米管13的生長均勻性非常高，並且碳納米管13能夠比在PECVD方法中有更小的直徑，結果，碳納米管13具有低的導通(turn-on)電壓。當碳納米管13使用PECVD方法生長時，碳納米管13比熱CVD方法中能夠更容易在基板10上垂直生長並且在更低的溫度合成。碳納米管13的垂直生長依賴於PECVD系統中陽極電極和陰極電極之間的施加的電場的方向，因此，碳納米管13的生長方向可通過電場的方向進行控制。因為碳納米管13的生長方向是固定的，生長密度能夠容易地被控制並且電子由於電場而能夠容易地被發射。
圖5A到5D是示意圖，示出了根據本發明的另一實施例使用FIB製造碳納米管的方法。
參照圖5A，基板20被準備好。基板20可由從包括Si、SiO2、Al2O3、GaN、GaAs、SiC以及SiN的組中所選擇的至少一種材料構成。
參照圖5B，基板20使用FIB被構圖從而形成預定圖案21。在這個實施例中，基板20的構圖使用具有非常高的分解能力的FIB設備進行，因此基板20能夠以納米水平的精確性被構圖。
參照圖5C，基板20的表面用FIB掃描。接著，包含在FIB內的離子22，例如，Ga離子，被壓入基板20的表面內。在這個掃描過程中，離子22可被發射到基板20的其上未形成圖案21的一部分上，然後壓到該部分上。
參照圖5D，碳納米管23在掃描後的基板20上生長。這時，離子22起到碳納米管23的生長核的作用，因此，碳納米管23基於離子22垂直生長。如上所述，當離子22設置在基板20的未形成圖案21的部分上時，碳納米管23在基板20的未形成圖案21的部分的表面上生長。即，使用具有納米水平分解能力的FIB設備在基板20的表面上形成納米水平圖案21，因此，碳納米管23可根據圖案21生長在基板20上。這樣，根據本實施例，碳納米管23能夠選擇性地在基板20的細微部分上生長，並且圖案21能夠容易地以各種形式形成。
諸如CH4、C2H2、C2H4以及C2H6的碳氫化合物可用來生長碳納米管23。碳納米管23可使用CVD方法生長，例如，熱CVD方法以及PECVD方法。
圖6是利用根據本發明的實施例使用FIB製造碳納米管的方法所得到的碳納米管的圖。圖7是圖6中所示的部分A的放大圖。圖8是使用FIB中形成的圖案的一部分的圖。
參照圖6到8，使用FIB將預定圖案41形成在基板40上，並且碳納米管43生長在構圖的基板40上。包含在FIB中的Ga離子起到碳納米管43的生長核的作用，並且碳納米管43可在基板40的未形成圖案41的部分上生長。這樣，根據本實施例，由於使用FIB，圖案41能夠在基板40上以納米水平選擇性地生長並且容易以各種形式形成。
在根據本發明使用FIB製造碳納米管的方法中，通過用FIB掃描基板，碳納米管能夠選擇性地在基板的細微部分上以納米水平生長並且圖案能夠容易地以各種形式形成。
由於以上效果，使用FIB製造碳納米管的方法能夠用於製造半導體工藝中的電晶體陣列，以及用於製造傳感器，例如，氣體傳感器、化學傳感器和生物傳感器。
儘管參照其示例性實施例特別地示出和描述了本發明，本領域一般技術人員能夠理解，在不脫離本發明的下面權利要求所定義的精神和範圍的情況下，可以進行形式和細節上的各種改變。
權利要求
1.一種使用聚焦離子束(FIB)製造碳納米管的方法，包括準備基板；用所述FIB掃描所述基板；及在所述掃描後的基板上生長碳納米管。
2.如權利要求1的方法，其中在使用所述FIB掃描所述基板過程中，所述FIB中包含的離子被壓入所述基板的表面。
3.如權利要求2的方法，其中所述FIB包含鎵(Ga)離子。
4.如權利要求2的方法，其中在生長所述碳納米管的過程中，使用化學氣相沉積(CVD)方法在所述壓入的離子上生長所述碳納米管。
5.如權利要求4的方法，其中碳氫化合物氣體用於生長所述碳納米管。
6.如權利要求1的方法，其中所述基板由從包括Si、SiO2、Al2O3、GaN、GaAs、SiC和SiN的組中選擇的至少一種材料構成。
7.一種使用FIB製造碳納米管的方法，包括準備基板；用所述FIB構圖所述基板；用所述FIB掃描所述已構圖的基板；及在所述掃描後的基板上生長所述碳納米管。
8.如權利要求7的方法，其中在用所述FIB掃描所述基板過程中，包含在所述FIB內的離子被壓入所述基板的表面。
9.如權利要求8的方法，其中所述FIB包含Ga離子。
10.如權利要求8的方法，其中在生長所述碳納米管的過程中，使用CVD方法在所述壓入的離子上生長所述碳納米管。
11.如權利要求10的方法，其中碳氫化合物氣體用於生長所述碳納米管。
12.如權利要求7的方法，其中所述基板由從包括Si、SiO2、Al2O3、GaN、GaAs、SiC以及SiN的組中選擇的至少一種材料構成。
全文摘要
本發明提供一種使用聚焦離子束(FIB)製造碳納米管的方法。該方法包括準備基板、用FIB掃描基板、以及在掃描後的基板上生長碳納米管。
文檔編號B82B3/00GK1807232SQ20051008754
公開日2006年7月26日 申請日期2005年7月27日 優先權日2005年1月21日
發明者宋仁庸, 裵恩珠, 高朱惠, 樸玩濬 申請人:三星電子株式會社