CN102417175A

CN102417175A - 室温下碳纳米管束的转移方法

Info

Publication number: CN102417175A
Application number: CN2011102578099A
Authority: CN
Inventors: 刘建影; 姜迪; 张燕; 张亚辉
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2011-09-02
Filing date: 2011-09-02
Publication date: 2012-04-18

Abstract

本发明公开了一种室温下碳纳米管转移的方法。通过碳纳米管的定向生长工艺和表面附着粘着剂的双面胶带，使高温生长出的碳纳米管在室温下转移至其他材料的表面。其工艺方法是：首先通过光刻和剥离工艺制成要求的细微尺度的图案，其间通过蒸镀方法得到的催化剂薄膜就附着在图案的表面；其次将带有催化剂薄膜的硅片置于碳纳米管生长系统的加热炉中，在高温化学气相沉淀模式下生长得到所要求的碳纳米管；最后通过碳纳米管与表面涂抹粘着剂的胶带接触，使得碳纳米管与原衬底剥离并转移至新衬底。本发明与现有的碳纳米管转移技术相比，具有工作温度低（室温）的优势。

Description

室温下碳纳米管束的转移方法

技术领域

本发明涉及一种用于在室温下转移碳纳米管束的方法，属于基础材料加工制程领域。

背景技术

碳纳米管（Carbon Nanotubes)作为一种在上个世纪九十年代被发现的新兴材料，由于其优秀的电学、热学和机械学性能，使其在众多工业领域拥有广泛的潜在应用前景。举例来说，在电子器件研发领域，由碳纳米管制成的互联材料具有优越的导电和导热性能，可以应用于从芯片内互联到系统级互联的各级电子系统；在复合材料研发领域，掺杂有碳纳米管的复合材料具有重量轻、强度高的特点，已经被用于制造高性能赛车、游艇和各种体育器材中；在散热器件的开发中，碳纳米管由于其极高的导热率，能够得到比传统材料更高的散热性能。

化学气相沉淀（CVD）技术目前被广泛采用来制成前文所述的碳纳米管。CVD技术相对于另外两种制备碳纳米管的技术——激光剥离（laser ablation）和电弧放电（arc discharge）——而言，具有如下优点：1）能够通过光刻技术而得到任意形状的碳纳米管束；2）工艺制程具有可扩展性，能够迅速扩大生产规模；3）工艺制备条件相对简单，CVD设备具有广泛的市场覆盖率。然而，目前需要解决的问题之一是，化学气相沉淀（CVD）所需的碳纳米管生长温度很高（大于600℃），很难与现有的集成电路材料工艺制程兼容。由于生长碳纳米管所需的温度会破坏绝大多数功能性材料的结构，使得利用这种技术无法直接在所需要的衬底上生产出碳纳米管，从而大大限制了碳纳米管的应用范围。大量的空间被空气所占据，使得原本优越的碳纳米管性能被稀释，成品的总体性能大大低于单根碳纳米管所能达到的高度。所以，本发明就是针对这一问题所提出的转移技术解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于转移碳纳米管束的方法。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种室温下转移碳纳米管束的方法，通过碳纳米管的定向生长技术和涂抹有粘着剂的双面胶带实现。本发明采用以下工艺步骤生长、转移碳纳米管束。

1．在硅片上旋涂上一层剥离胶，加热这层剥离胶以后，在其上再旋转涂一层标准的正性光刻胶，经过紫外线曝光10秒、MF319显影50秒之后，剥离胶形成底切结构，蒸镀催化剂工艺后硅片置于光刻胶去除剂中，剥离掉剥离胶、光刻胶和附着在光刻胶上的催化剂薄膜，最终在硅片上形成和光刻掩模有相同图案的催化剂图案，催化剂薄膜由5nm厚的的Al₂O₃和1nm厚的Fe组成。

2．将载有催化剂薄膜图案的芯片置入石英管中，将石英管抽真空后再在常压下通以900 cm³/min的氩气和100 cm³/min的氢气。加热整个化学气相沉积系统至725℃，稳定15分钟后，将氩气和氢气气流都调整至500 cm³/min，再加以30 cm³/min的乙炔作为合成碳纳米管的原料气体。15分钟后，切断乙炔供应，并停止加热。再将氩气和氢气流分别调整为900 cm³/min和100 cm³/min，保持这样的气流供应直至系统冷却至200℃左右，从而得到按照设计图案定向生长的碳纳米管阵列样品（图1）；

3．将表面涂抹有粘着剂的双面胶带一面固定与平滑表面，如硅片上。将由步骤2得到的碳纳米管阵列样品倒置于双面胶带的另一面，使碳管与粘着剂接触；

4．最后将碳纳米管阵列样品与涂有粘着剂的胶带分离，从而得到转移至胶带表面的碳纳米管束（图2）。

所述的室温下碳纳米管束的转移方法，制备时使用的剥离胶为LOL2000和LOR1A，光刻胶为S1813，光刻胶去除剂为Shipley remover 1165。

整个转移过程如图3所示，转移所得碳纳米管束可用于电子互联、微机电系统、微结构塑膜等应用。通过本发明，能够将使用传统化学气相沉淀（CVD）方式生产出来的碳纳米管束在室温下转移至另一衬底表面，从而克服了高温生长带来的工艺继承问题，扩展了碳纳米管的应用范围。相对于已经提出的用于转移碳纳米管的各种方法，本发明优点在于工艺步骤简单，操作温度低，成本和规模效应显著。

附图说明

图1为本发明生长出的硅基衬底上的碳纳米管束。

图2为本发明转移后在双面胶带上得到的碳纳米管束。

图3 为本发明转移工艺流程示意图，图中：

1- 硅衬底

2- 碳纳米管束

3- 表面涂有粘着剂的双面胶带

4- 剥离硅片

5- 碳纳米管束

6- 表面涂有粘着剂的双面胶带。

具体实施方式

本实施例中，采用上述转移碳纳米管束工艺, 具体步骤如下：

1 在硅片上旋涂上一层剥离胶，加热这层剥离胶以后，在其上再旋涂一层标准的正性光刻胶，经过紫外线曝光10秒、MF319显影50秒之后，剥离胶形成底切结构，蒸镀催化剂工艺后硅片置于光刻胶去除剂中，剥离去剥离胶、光刻胶和附着在光刻胶上的催化剂薄膜，最终在硅片上形成和光刻掩模有相同图案的催化剂图案，催化剂薄膜由5nm厚的Al₂O₃和1nm厚的Fe组成。

2 将载有催化剂薄膜图案的芯片置入石英管中，将石英管抽真空后再在常压下通以900 cm³/min的氩气和100 cm³/min的氢气。加热整个化学气相沉积系统至725℃，稳定15分钟后，将氩气和氢气气流都调整至500 cm³/min，再加以30 cm³/min的乙炔作为合成碳纳米管的原料气体。15分钟后，切断乙炔供应，并停止加热。再将氩气和氢气流分别调整为900 cm³/min和100 cm³/min，保持这样的气流供应直至系统冷却至200℃左右，从而得到按照设计图案定向生长的碳纳米管阵列样品（图1）；

3 将表面涂抹有粘着剂的双面胶带一面固定与平滑表面，如硅片上。将由步骤2得到的碳纳米管阵列样品倒置于双面胶带的另一面，使碳管与粘着剂接触；

4 最后将碳纳米管阵列样品与涂有粘着剂的胶带分离，从而得到转移至胶带表面的碳纳米管束（图2）。

由此步骤得到的碳纳米管束已经与原本生长的硅基衬底分离，在低温操作的同时保持了碳纳米管束的形态结构基本不变，从而达到将碳纳米管束转移的目的。

Claims

1.一种室温下碳纳米管束的转移方法，其特征在于该方法具有以下工艺步骤：

1）在硅片上旋涂上一层剥离胶，加热这层剥离胶以后，在其上再旋转涂上一层标准的正性光刻胶，经过紫外线曝光10秒、MF319显影50秒之后，剥离胶形成底切结构；经蒸镀催化剂工艺后，将硅片置于光刻胶去除剂中，剥离掉剥离胶、光刻胶以及附着在光刻胶上的催化剂薄膜，在硅片上形成和光刻掩模有相同图案的催化剂图案，催化剂薄膜由5nm厚的Al₂O₃和1nm厚的Fe组成；

2）将载有催化剂薄膜图案的芯片置入石英管中，将石英管抽真空后再在常压下通以900 cm³/min的氩气和100 cm³/min的氢气；加热整个化学气相沉积系统至725℃，稳定15分钟后，将氩气和氢气气流都调整至500 cm³/min，再加以30 cm³/min的乙炔作为合成碳纳米管的原料气体；15分钟后，切断乙炔供应，并停止加热；再将氩气和氢气流分别调整为900 cm³/min和100 cm³/min，保持这样的气流供应直至系统冷却至200℃，从而得到按照设计图案定向生长的碳纳米管阵列样品；

3）将表面涂抹有粘着剂的双面胶带一面固定于平滑表面，如硅片上；将由步骤2）得到的碳纳米管阵列样品倒置于双面胶带的另一面，使碳管与粘着剂接触；

4）最后将碳纳米管阵列样品与涂有粘着剂的胶带分离。

2.如权利要求1所述的室温下碳纳米管束的转移方法，其特征是：制备时使用的剥离胶为LOL2000和LOR1A，光刻胶为S1813，光刻胶去除剂为Shipley remover 1165。