專利名稱：碳納米管陣列制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種碳納米管陣列制作方法。
背景技術(shù)：
由于碳納米管獨(dú)特的電學(xué)性質(zhì)，其在納米集成電路、單分子器件等領(lǐng)域的應(yīng)用有著不可估量的前景。目前人們已經(jīng)能夠在實(shí)驗(yàn)室里少量制造基于碳納米管的場效應(yīng)管、或非門等器件，并研究它的性質(zhì)。但大規(guī)模的制備和具有實(shí)際意義的應(yīng)用則必須求助于由下而上(Bottom Up)的制備工藝。
由下而上的制備工藝要求能夠?qū)μ技{米管的生長位置、方向、尺度、甚至碳納米管的螺旋度進(jìn)行必要的控制，通過少量而經(jīng)濟(jì)的步驟直接生長出所需要的器件結(jié)構(gòu)?？刂铺技{米管陣列的生長方向是碳納米應(yīng)用研究中的一個(gè)重要課題。范守善等人在Science 283，512-514(22 Jan 1999)，Self-OrientedRegular Arrays of Carbon Nanotubes and Their Field Emission Properties一文中揭露了通過催化劑圖形(Patterned Catalyst)來很好地控制碳納米管的生長位置，但不能控制其生長方向。
Z.F.Ren等人在Science 282，1105-1107(6Nov 1998)，Synthesis of LargeArrays of Well-Aligned Carbon Nanotubes on Glass一文中揭露了一種通過碳納米管陣列的形式使得碳納米管垂直于基底生長的方法。B.Q.Wei等人在Nature 416，495-496(4Apr 2002)，Organized Assembly of Carbon Nanotubes一文中揭露了一種通過設(shè)計(jì)基底的形狀來實(shí)現(xiàn)控制碳納米管垂直于三維基底各處表面的方向生長。
但是上述方法中所獲得的碳納米管陣列均垂直于生長的基底，難以實(shí)現(xiàn)控制碳納米管陣列向多個(gè)方向生長。
Yoon-Taek Jang等人在Solid State Communications 2003，126(6)305-308，Lateral Growth of Aligned Mutilwalled Carbon Nanotubes under Electric Field一文中揭露了一種通過電場控制碳納米管生長方向的方法；Ki-Hong Lee等人在Applied Physics Letters 2003，82(3)448-450，Control of Growth Orientation forCarbon Nanotubes一文中揭露了通過磁場控制碳納米管生長方向的方法。
但是上述方法中，由于電場和磁場本身的廣域性，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)局部多種生長方向的控制，也加重了納米器件設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度。
發(fā)明內(nèi)容以下，將以若干實(shí)施例說明一種碳納米管陣列的制作方法，其可實(shí)現(xiàn)對(duì)碳納米管陣列局部至少向一個(gè)方向彎曲生長的控制。
為實(shí)現(xiàn)上述內(nèi)容，提供一種碳納米管陣列的制作方法，其步驟包括提供一基底，在基底上形成一遮擋層；提供一催化劑濺射源，配合遮擋層在基底上濺射出一具有厚度梯度的催化劑層，并且在所述厚度梯度范圍內(nèi)，有一處的厚度最接近一最佳厚度；去除遮擋層，退火處理所述催化劑層；通入碳源氣，在上述處理后的催化劑層上生長碳納米管陣列，該碳納米管陣列向背離所述最佳厚度的方向彎曲生長。
優(yōu)選的，退火處理催化劑層前先將所述催化劑層定義出至少一催化劑區(qū)塊，該催化劑區(qū)塊具有一第一端部和一與該第一端部相對(duì)的第二端部，確保該催化劑區(qū)塊由該第一端部向一第二端部逐漸增厚，且在該第一端部至第二端部的范圍內(nèi)有一處的厚度最接近所述最佳厚度。
所述的遮擋層為厚膜光刻膠，附著在一犧牲層上的金屬及其氧化物或氮化物，或鏤空模板。
所述催化劑濺射源包括點(diǎn)催化劑濺射源、線型催化劑濺射源及面型催化劑濺射源。
所述的催化劑層較薄處的厚度范圍為1-10納米，較厚處的厚度范圍為5-20納米。
所述的基底材質(zhì)包括多孔硅、拋光硅片、玻璃及金屬。
所述的催化劑層材質(zhì)為鐵、鈷、鎳或其合金之一。
所述最佳厚度的確定方法，其步驟包括在一硅基底上、配合一遮擋層濺射催化劑，形成厚度從薄到厚變化的催化劑層；在預(yù)定條件下用化學(xué)氣相沉積法生長碳納米管陣列；用顯微鏡觀測得碳納米管生長最高的位置；該位置的催化劑層厚度即為該預(yù)定條件下的最佳厚度。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法不需要設(shè)計(jì)基底形狀，也不需要外電場或磁場，通過普通的濺射設(shè)備配合一定厚度的遮擋層，就可在基底上沉積具有各方向厚度梯度一致的催化劑薄膜。由于碳納米管的生長速度與催化劑薄膜厚度相關(guān)催化劑層上最佳厚度處碳納米管生長速度最快，在此厚度基礎(chǔ)上逐漸減薄或增厚，碳納米管生長速度都會(huì)逐漸降低。因此，可實(shí)現(xiàn)控制碳納米管陣列同時(shí)向多個(gè)特定的方向彎曲生長，且所需設(shè)備簡便且工藝簡單易行。所獲得的碳納米管陣列結(jié)構(gòu)可以簡化納米器件的設(shè)計(jì)，且豐富其多樣性。
圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例中催化劑層沉積過程的側(cè)面示意圖。
圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例中移除遮擋層并確定最佳厚度線的立體示意圖。
圖3是本發(fā)明第一實(shí)施例中形成的催化劑圖形立體示意圖。
圖4是本發(fā)明第一實(shí)施例中催化劑退火后的側(cè)面示意圖。
圖5是本發(fā)明第一實(shí)施例中生長出碳納米管陣列的側(cè)面示意圖。
圖6是本發(fā)明第一實(shí)施例制備的碳納米管陣列結(jié)構(gòu)立體示意圖。
圖7是本發(fā)明第二實(shí)施例中催化劑層沉積過程的側(cè)面示意圖。
圖8是本發(fā)明第二實(shí)施例中移除遮擋層并確定最佳厚度的側(cè)面示意圖。
圖9是本發(fā)明第二實(shí)施例中催化劑層立體示意圖。
圖10是本發(fā)明第二實(shí)施例中形成的催化劑圖形立體示意圖。
圖11是本發(fā)明第二實(shí)施例中催化劑退火后的側(cè)面示意圖。
圖12是本發(fā)明第二實(shí)施例中生長出碳納米管陣列的側(cè)面示意圖。
圖13是本發(fā)明第二實(shí)施例制備的碳納米管陣列結(jié)構(gòu)立體示意圖。
具體實(shí)施方式下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
第一實(shí)施例本實(shí)施例所提供的制作碳納米管陣列的基本步驟包括提供一基底，在基底上形成一遮擋層；提供一催化劑濺射源，配合遮擋層在基底上濺射出一具有厚度梯度的催化劑層，并且在所述厚度梯度范圍內(nèi)，有一處的厚度最接近一最佳厚度；去除遮擋層，退火處理所述催化劑層；通入碳源氣，在上述處理后的催化劑層上生長碳納米管陣列，該碳納米管陣列向背離所述最佳厚度的方向彎曲生長。
針對(duì)上述各步驟具體說明如下請(qǐng)參閱圖1，提供一基底10，在該基底10一側(cè)(圖中所示為右側(cè))上形成具有一定厚度的遮擋層40；在遮擋層40上方設(shè)置一直線型催化劑濺射源20，以對(duì)基底濺射催化劑，催化劑濺射源20濺射出的催化劑有一部分被遮擋層40擋住，從而在基底上形成一具有厚度梯度的催化劑層30。
基底10的材質(zhì)可以選用硅片、玻璃片、金屬片等，本實(shí)施例中采用硅片。
催化劑的材質(zhì)可以選用鐵、鈷、鎳或其合金，本實(shí)施例中采用鐵催化劑。
遮擋層40可選用厚膜光刻膠、附著在一犧牲層上的金屬或金屬氧化物、金屬氮化物等，本實(shí)施例中采用厚膜光刻膠；遮擋層40的形狀可以是正方體、長方體或圓柱體等多種形狀，本實(shí)施例中采用長方體形；該遮擋層40具有一定高度的垂直遮擋面42，該高度即為遮擋層40的厚度，該厚度最好小于預(yù)定濺射條件下催化劑的原子平均自由程。催化劑原子平均自由程S取決于公式S=kT2πd2p---(1)]]>其中，d為催化劑原子直徑；p為氣體壓強(qiáng)；k為波爾茨曼常數(shù)；T為氣體溫度。
本實(shí)施例中，在0℃、1Pa氣體壓強(qiáng)的磁控濺射條件下，催化劑鐵的原子平均自由程約為5.5×10-3m。該遮擋層40也可采用適當(dāng)厚度的鏤空模板，但在沉積催化劑時(shí)該鏤空模板最好緊密貼合在基底10上。
直線型催化劑濺射源20到基底10的距離最好大于催化劑的原子平均自由程，以使濺射出的鐵催化劑能均勻沉積在基底上；催化劑濺射源20的尺寸大小無特別限制，但至少有一部分位于垂直遮擋面42的一側(cè)(本實(shí)施例為右側(cè))，以確保催化劑濺射源20濺射出來催化劑能被遮擋層40擋住一部分，從而使在基底沉積的催化劑層30在一定厚度范圍內(nèi)具有漸變的梯度。催化劑層30靠近遮擋面42的一端厚度較薄，優(yōu)選的，其厚度范圍為1-10納米；遠(yuǎn)離遮擋面42的一端厚度較厚，優(yōu)選的，其厚度范圍為5-20納米。濺射催化劑時(shí)，直線型催化劑濺射源20和基底10可以相對(duì)靜止，也可以沿平行于基底10的方向(即垂直于紙面方向)在小范圍內(nèi)相對(duì)移動(dòng)(請(qǐng)參見圖1)，如催化劑濺射源20垂直于紙面方向，則催化劑濺射源20和基底10可沿平行于紙面方向在小范圍內(nèi)相對(duì)移動(dòng)，以確保在遮擋面42左側(cè)基底上沿一個(gè)方向沉積出較大面積具有厚度梯度的催化劑層30(請(qǐng)參見圖1和圖2)，本實(shí)施例中，直線型催化劑濺射源20和基底10沿垂直于紙面方向在小范圍內(nèi)相對(duì)移動(dòng)。
另外，也可采用點(diǎn)催化劑濺射源，通過控制該點(diǎn)催化劑濺射源與遮擋層的相對(duì)位置，也可在基底上沿一個(gè)方向沉積出較大面積具有厚度梯度的催化劑層30。
本實(shí)施例中濺射得到的催化劑層30的厚度近似滿足公式T(λ)=T02(1+λλ2+h2)---(2)]]>其中，λ為催化劑層30上某一位置到垂直遮擋面42的距離；T(λ)為該位置催化劑層的厚度；T0為無遮擋層時(shí)催化劑層的厚度；h為遮擋層40的厚度。根據(jù)公式(2)可知，離遮擋面42最近處催化劑層厚度為 遠(yuǎn)離遮擋面42催化劑層的厚度逐漸增大；若催化劑濺射源20位于遮擋面右側(cè)的尺寸無限長，則當(dāng)催化劑層30上某一位置離遮擋面42的距離遠(yuǎn)大于遮擋層厚度時(shí)，催化劑層的厚度達(dá)到T0；其中，催化劑層30具有明顯厚度梯度的范圍近似等于遮擋層厚度h的2倍。
本實(shí)施例中，為得到具有明顯厚度梯度的催化劑層，應(yīng)當(dāng)使遮擋層40在基底上沿催化劑層由薄到厚的梯度方向上形成的陰影范圍覆蓋需要生長碳納米管陣列的區(qū)域，該陰影范圍在所述方向上的長度最好大致等于遮擋層厚度的2倍，若取遮擋層厚度為0.1μm～10mm，則該長度相應(yīng)為0.2μm～20mm。遮擋層40形成的陰影范圍可這樣確定假定直線型催化劑濺射源20為一發(fā)光源，則其位于垂直遮擋面42右側(cè)光源所發(fā)出的光會(huì)被遮擋層40擋住一部分，從而在垂直遮擋面42左側(cè)的基底上形成一定的陰影區(qū)域，該陰影區(qū)域即為遮擋層40形成的陰影范圍。
請(qǐng)參閱圖2，去除遮擋層40，確定一催化劑層30的最佳厚度線32，以利于最終碳納米管生長方向的控制。催化劑層30的厚度由一端向另一端逐漸增厚，其中兩端之間某一位置的厚度最適合一定化學(xué)氣相沉積條件下碳納米管的生長，此位置的厚度即為最佳厚度。該最佳厚度可由這樣的實(shí)驗(yàn)確定在一硅基底上、配合一遮擋層濺射催化劑，形成一厚度從薄到厚變化的催化劑層，要求該厚度變化的范圍足夠大，確保在該催化劑層上能得到一最佳厚度；在預(yù)定條件下用化學(xué)氣相沉積法生長碳納米管陣列；用顯微鏡觀測得碳納米管生長最高的位置；該位置的催化劑層厚度即為該預(yù)定條件下的最佳厚度。催化劑層上具有最佳厚度的位置連成一條線，即最佳厚度線。例如本實(shí)施例中以硅基底上的鐵作催化劑，在700攝氏度下用乙烯生長碳納米管，催化劑層30的最佳厚度約為5納米，將厚度約為5納米的位置連成一條線即為最佳厚度線32，可參閱圖2和圖3。催化劑層上最佳厚度位置處碳納米管生長速度最快，在此厚度基礎(chǔ)上逐漸減薄或增厚，碳納米管生長速度都會(huì)逐漸降低。在實(shí)際操作過程中，考慮到最佳厚度有一定范圍，因此本實(shí)施例中的催化劑層30厚度分布可進(jìn)一步優(yōu)選為3nm～15nm。
請(qǐng)參閱圖3，在催化劑層30上形成一定圖形。本實(shí)施例采用光刻法形成催化劑圖形在催化劑層30上形成一層光刻膠，然后采用具預(yù)定圖案的掩模進(jìn)行曝光，顯影后用酸洗掉未被保護(hù)的催化劑膜，并去除催化劑上的光刻膠，形成與掩模圖案相應(yīng)的、具有厚度梯度的催化劑區(qū)塊33、34。由于催化劑區(qū)塊的位置選擇在最佳厚度的哪一邊將決定碳納米管陣列的彎曲方向，因此在形成催化劑圖形進(jìn)行光刻的時(shí)候，應(yīng)根據(jù)需要將掩模位置對(duì)準(zhǔn)。沉積催化劑層30時(shí)若采用適當(dāng)厚度的鏤空模板作為遮擋層40，則可將此采用光刻法形成催化劑圖形的步驟提前到沉積催化劑層30之前完成，進(jìn)而在該步驟中可只通過剝離工藝即可獲取厚度符合要求的催化劑圖形。
請(qǐng)參閱圖4，將帶有催化劑區(qū)塊的基底10在空氣中，300℃下退火或通過類似方法，使催化劑區(qū)塊氧化、收縮成為納米級(jí)的催化劑氧化物顆粒31。局部的催化劑氧化物顆粒大小與該處催化劑層厚度相關(guān)，如厚度小于最佳厚度一側(cè)的催化劑區(qū)塊33被氧化收縮成為催化劑氧化物顆粒33’，直徑較小；厚度大于最佳厚度一側(cè)的催化劑區(qū)塊34被氧化收縮成為催化劑氧化物顆粒34’，直徑較大。
請(qǐng)參閱圖5，將表面形成有催化劑氧化物顆粒的基底置于反應(yīng)爐(圖未示)中，通入碳源氣乙烯，利用化學(xué)氣相沉積法生長碳納米管陣列。在生長過程中碳源氣分解出氫氣將催化劑氧化物顆粒33’、34’分別還原成催化劑顆粒33”、34”，然后在催化劑顆粒33”、34”上生長碳納米管陣列50、51。碳源氣也可以選用其他含碳的氣體，如甲烷、乙炔等。但由于不同化學(xué)氣相沉積條件下，催化劑層的最佳厚度不同，因此生長碳納米管陣列的化學(xué)氣相沉積條件最好與上述確定最佳厚度線時(shí)生長碳納米管的條件大致相同。控制生長時(shí)間則可以控制碳納米管陣列50、51的生長長度。
在厚度小于最佳厚度的一側(cè)，催化劑區(qū)塊33從靠近最佳厚度線一側(cè)到遠(yuǎn)離最佳厚度一側(cè)，厚度逐漸減薄。在厚度大于最佳厚度的一側(cè)，催化劑區(qū)塊34從靠近最佳厚度一側(cè)到遠(yuǎn)離最佳厚度一側(cè)，厚度逐漸增厚。由于催化劑層上最佳厚度位置處碳納米管的生長速度最快，在此厚度基礎(chǔ)上逐漸減薄或增厚，碳納米管生長速度都會(huì)逐漸降低，因此，催化劑顆粒33”上生長出來的碳納米管陣列50從催化劑區(qū)塊較厚的一側(cè)向較薄的一側(cè)彎曲，而從催化劑顆粒34”上生長出來的碳納米管陣列51從催化劑區(qū)塊較薄的一側(cè)向較厚的一側(cè)彎曲，即催化劑顆粒33”、34”上生長的碳納米管陣列均從靠近最佳厚度位置處向背離最佳厚度的方向彎曲。如果兩個(gè)催化劑區(qū)塊分別分布在最佳厚度線的兩側(cè)，在該兩個(gè)催化劑區(qū)塊形成的催化劑顆粒上生長碳納米管，即可得到兩個(gè)生長方向相反的碳納米管陣列。
請(qǐng)參閱圖6，利用上述方法獲得的碳納米管陣列結(jié)構(gòu)1包括一基底10、形成于基底10上的碳納米管陣列50及51，碳納米管陣列50及51具有兩個(gè)相反的彎曲方向。
當(dāng)然，可以理解的是，也可以省略形成催化劑圖形的步驟，直接在催化劑層30上生長碳納米管陣列。如果催化劑層較薄的一端的厚度最接近最佳厚度，則生長的碳納米管陣列將從該較薄的一端向逐漸增厚的一端彎曲；如果催化劑層較厚的一端的厚度接近最佳厚度，則碳納米管陣列將從較厚的一端向逐漸減薄的一端彎曲；如果催化劑層兩端之間某一位置的厚度為最佳厚度，則碳納米管陣列將從此位置處分裂，分別向兩端彎曲，向背離最佳厚度處的方向彎曲。
第二實(shí)施例本實(shí)施例采用面型催化劑濺射源，或線型催化劑濺射源，并使線型催化劑濺射源與基底在較大范圍內(nèi)相對(duì)移動(dòng)，確保在遮擋層周圍區(qū)域的基底上均沉積出具有厚度梯度的催化劑層。其制作碳納米管陣列的基本步驟與第一實(shí)施例相同，各步驟具體說明如下請(qǐng)參閱圖7，提供一基底70，在該基底70上中心處形成一具有一定厚度的遮擋層80；在遮擋層80的上方設(shè)置一面型催化劑濺射源60，對(duì)基底濺射催化劑時(shí)，有一部分催化劑被遮擋層80擋住，從而在基底上形成具有厚度梯度的催化劑層90。
遮擋層具有一定高度的垂直遮擋面，該高度即為遮擋層80的厚度。
面型催化劑濺射源60至少有一部分位于遮擋層80的正上方，使濺射出的催化劑有一部分能被遮擋層80擋住，從而在基底上得到的催化劑層90位于遮擋層80周圍區(qū)域內(nèi)有一漸變梯度，且越靠近遮擋層80，催化劑層90的厚度越薄，越遠(yuǎn)離遮擋層80，催化劑層90的厚度逐漸增大。
遮擋層80在基底上沿催化劑層由薄到厚的梯度方向上形成的陰影范圍覆蓋需要生長碳納米管陣列的區(qū)域，該陰影范圍在所述方向上的長度最好大致等于遮擋層厚度的2倍，該陰影范圍的確定方法與第一實(shí)施例相同。
另外也可采用直線型催化劑濺射源，濺射催化劑時(shí)，該直線型催化劑濺射源和基底可以相對(duì)靜止；如直線型催化劑濺射源平行于紙面方向放置，則該催化劑濺射源和基底可沿垂直于紙面方向在較大范圍內(nèi)相對(duì)移動(dòng)；如直線型催化劑濺射源垂直于紙面方向放置，則該催化劑濺射源和基底可沿平行于紙面方向在較大范圍內(nèi)相對(duì)移動(dòng)，以確保在遮擋層80周圍區(qū)域內(nèi)沉積出大面積具有厚度梯度的催化劑層90。
請(qǐng)參閱圖8和圖9，移除遮擋層80，確定一定化學(xué)氣相沉積條件下催化劑層90的最佳厚度，并標(biāo)記最佳厚度線92。確定該最佳厚度線92的方法與第一實(shí)施例中確定最佳厚度線32的方法相同。
請(qǐng)參閱圖10，形成催化劑圖形。本實(shí)施例中，將催化劑層90光刻出多個(gè)催化劑區(qū)塊，且該催化劑區(qū)塊分別位于最佳厚度線92的兩側(cè)，如催化劑區(qū)塊93、94分別處于最佳厚度線92的兩側(cè)，催化劑區(qū)塊95、96分別處于最佳厚度線92的兩側(cè)。也可在沉積催化劑層90時(shí)采用一厚一薄的雙層復(fù)合鏤空遮擋模板取代遮擋層80，直接沉積出厚度符合要求的催化劑圖形。
請(qǐng)參閱圖11，將帶有催化劑區(qū)塊的基底70在空氣中、300℃下退火或類似方法，使催化劑區(qū)塊氧化、收縮成為納米級(jí)的催化劑氧化物顆粒。局部的催化劑氧化物顆粒大小與該處催化劑區(qū)塊的厚度相關(guān)，如厚度小于最佳厚度一側(cè)的催化劑區(qū)塊94、95被氧化收縮成催化劑氧化物顆粒94’、95’，直徑較?。缓穸却笥谧罴押穸纫粋?cè)的催化劑區(qū)塊93、96被氧化收縮成催化劑氧化物顆粒93’、96’，直徑較大。
請(qǐng)參閱圖12，將表面形成有催化劑氧化物顆粒的基底70置于反應(yīng)爐(圖未示)中，通入碳源氣乙烯，利用化學(xué)氣相沉積法生長碳納米管陣列。在生長過程中碳源氣分解出氫氣將催化劑氧化物顆粒93’、94’、95’、96’分別還原成催化劑顆粒93”、94”、95”、96”，然后在催化劑顆粒93”、94”、95”、96”上生長碳納米管陣列100、101、102及103。在厚度小于最佳厚度的一側(cè)，催化劑顆粒94”、95”上生長的碳納米管陣列101、102向催化劑區(qū)塊厚度減小的方向彎曲；在厚度大于最佳厚度的一側(cè)，催化劑顆粒93”、96”上生長的碳納米管陣列100、103向催化劑區(qū)塊厚度增大的方向彎曲。相同的是碳納米管陣列均向背離最佳厚度線92的一側(cè)彎曲。
請(qǐng)參閱圖13，利用上述方法獲得的碳納米管陣列結(jié)構(gòu)2包括一基底70、形成于基底70上的多個(gè)碳納米管陣列100、101、102及103等，多個(gè)碳納米管陣列具有多個(gè)不同的彎曲方向。
采用上述方法制備的碳納米管陣列結(jié)構(gòu)可用于微電子學(xué)器件、場發(fā)射器件、電真空器件等領(lǐng)域中，制作以碳納米管為基的橋梁、電子槍或傳感器等微型功能結(jié)構(gòu)。
另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其它變化，如適當(dāng)變更催化劑區(qū)塊的定義位置，或變更催化劑顆粒的形成方法等，只要其不偏離本發(fā)明的技術(shù)效果均可。這些依據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種碳納米管陣列制作方法，其步驟包括提供一基底，在該基底上形成一遮擋層；提供一催化劑濺射源，配合遮擋層在基底上濺射出一具有厚度梯度的催化劑層，并且在所述厚度梯度范圍內(nèi)，有一處的厚度最接近一最佳厚度；去除遮擋層，退火處理所述催化劑層；通入碳源氣，在上述處理后的催化劑層上生長碳納米管陣列，該碳納米管陣列向背離所述最佳厚度的方向彎曲生長。
2.如權(quán)利要求1所述的碳納米管陣列制作方法，其特征在于退火處理催化劑層前先將所述催化劑層定義出至少一催化劑區(qū)塊，該催化劑區(qū)塊具有一第一端部和一與該第一端部相對(duì)的第二端部，確保該催化劑區(qū)塊由該第一端部向一第二端部逐漸增厚，且在該第一端部至第二端部的范圍內(nèi)有一處的厚度最接近所述最佳厚度。
3.如權(quán)利要求1所述的碳納米管陣列制作方法，其特征在于所述遮擋層為厚膜光刻膠，附著在一犧牲層上的金屬及其氧化物或氮化物，或鏤空模板。
4.如權(quán)利要求1所述的碳納米管陣列制作方法，其特征在于所述催化劑濺射源包括點(diǎn)催化劑濺射源、線型催化劑濺射源及面型催化劑濺射源。
5.如權(quán)利要求1所述的碳納米管陣列制作方法，其特征在于所述的催化劑層較薄處的厚度范圍為1-10納米，較厚處的厚度范圍為5-20納米。
6.如權(quán)利要求1所述的碳納米管陣列制作方法，其特征在于最佳厚度的確定方法包括步驟在一硅基底上、配合一遮擋層濺射催化劑，形成厚度從薄到厚變化的催化劑層；在預(yù)定條件下用化學(xué)氣相沉積法生長碳納米管陣列；用顯微鏡觀測得碳納米管生長最高的位置；該位置的催化劑層厚度即為該預(yù)定條件下的最佳厚度。
7.如權(quán)利要求1所述的碳納米管陣列制作方法，其特征在于所述基底材質(zhì)包括多孔硅、拋光硅片、玻璃及金屬。
8.如權(quán)利要求1所述的碳納米管陣列制作方法，其特征在于所述催化劑層材質(zhì)為鐵、鈷、鎳或其合金之一。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種碳納米管陣列制作方法，其步驟包括提供一基底，在該基底上形成一遮擋層；提供一催化劑濺射源，配合遮擋層在基底上濺射出一具有厚度梯度的催化劑層，并且在所述厚度梯度范圍內(nèi)，有一處的厚度最接近一最佳厚度；去除遮擋層，退火處理所述催化劑層；通入碳源氣，在上述處理后的催化劑層上生長碳納米管陣列，該碳納米管陣列向背離所述最佳厚度的方向彎曲生長。通過上述碳納米管陣列制作方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)碳納米管陣列局部至少向一個(gè)方向彎曲生長的控制。
文檔編號(hào)B82B3/00GK1899958SQ200510036148
公開日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2005年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月22日
發(fā)明者劉亮, 范守善 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司