CN114644336B - 电子黑体结构的制备方法及电子黑体结构 - Google Patents
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Abstract
一种电子黑体结构的制备方法，包括以下步骤：S1，提供一基底；S2：在所述基底上生长一碳纳米管阵列，该碳纳米管阵列包括一顶部及一底部，所述底部连接于基底；以及S3：反转所述碳纳米管阵列，使其顶部设置于基底上，底部远离所述基底，所述碳纳米管阵列的底部用于吸收电子。本发明进一步提供一种采用上述方法制备的电子黑体结构。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子黑体结构的制备方法及一电子黑体结构。
背景技术
现有的微电子技术领域常常需要吸收电子的元件用于吸收电子进行一些特定的测量。现有技术中通常采用金属吸收电子，但是金属面在吸收电子的时候，有大量电子发生反射或者透射，无法被金属面吸收，电子的吸收效率低。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种电子黑体结构的制备方法，其所制备出的电子黑体结构对电子较高的吸收率，几乎可以百分之百的吸收电子。
一种电子黑体结构的制备方法，包括以下步骤：
S1：提供一基底；
S2：在所述基底上生长一碳纳米管阵列，该碳纳米管阵列包括一顶部及一底部，所述底部连接于基底；以及
S3：反转所述碳纳米管阵列，使其顶部设置于基底上，底部远离所述基底，所述碳纳米管阵列的底部用于吸收电子。
一种电子黑体结构，包括一基底及一碳纳米管阵列，该碳纳米管阵列直接生长于一生长基底，该碳纳米管阵列包括一顶部及一底部，碳纳米管阵列的底部连接于所述生长基底，碳纳米管阵列与所述生长基底分离后保持碳纳米管阵列形态并转移至所述支撑基底，碳纳米管阵列的顶部连接于所述支撑基底。
本发明所提供的电子黑体结构的制备方法所制备出的电子黑体结构对电子的吸收率几乎可以达到百分之百，具有广泛的应用前景，而且该电子黑体结构的制备方法简单，易于操作。
附图说明
图1为本发明实施例提供的电子黑体结构的制备方法流程图。
图2是本发明实施例提供的碳纳米管阵列的结构示意图。
图3是本发明实施例提供的分离碳纳米管阵列和生长基底的方法流程示意图。
图4是本发明实施例提供的电子黑体结构与直接生长出的碳纳米管阵列的电子吸收率的对比图。
图5是本发明实施例提供的电子黑体结构的结构示意图。
图6是本发明实施例提供的电子黑体结构与石墨和各种金属材料的电子吸收率的对比图。
主要元件符号说明
碳纳米管阵列 10
碳纳米管 100
底部 102
顶部 104
生长基底 20
代替基底 30
电子黑体结构 200
碳纳米管结构 40
第一表面 402
第二表面 404
支撑基底 50
液态介质 60
固态介质 60’
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
以下将结合附图及具体实施例，对本发明提供的电子黑体结构的制备方法及由该方法获得的电子黑体结构作进一步详细说明。所谓的电子黑体结构指的是对电子的吸收率几乎达到百分之百的结构。
请参见图1，本发明实施例提供一种电子黑体结构的制备方法，包括以下步骤：
S1：提供一生长基底；
S2：在所述生长基底上生长一碳纳米管阵列，该碳纳米管阵列包括一顶部及一底部，所述底部连接于所述生长基底；以及
S3：分离所述碳纳米管阵列和生长基底，使碳纳米管阵列的底部暴露，所述碳纳米管阵列的底部用于吸收电子。
在步骤S1中，该生长基底的材料可以为P型硅、N型硅或氧化硅等适合生长碳纳米管阵列的基底。
在步骤S2中，具体的生长碳纳米管阵列的生长方法不限，可以通过化学气相沉积法生长碳纳米管阵列。具体采用何种化学气相沉积法制备碳纳米管阵列本实施例中，所述碳纳米管阵列的制备方法包括：
提供一平整光滑的基底，可选用p型或n型或本征硅基底，本实施例中选用p型硅基底，其直径为8inches，厚500微米。在基底上采用电子束蒸发法、热沉积或溅射法等方法形成厚度为几纳米到几百纳米的金属催化剂层，其中金属催化剂可为铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)或其合金之一，优选用铁为催化剂，沉积厚度约为5nm。
而后将沉积有催化剂的基底在空气中退火，退火温度范围为300～400℃，时间约为10h。在保护气体存在条件下，在反应炉中加热一段时间使其达到一预定温度，一般为500～700℃，优选为650℃。
再通入30sccm碳源气与300sccm的保护气体(如氩气)5～30分钟，制得所述碳纳米管阵列。
请参见图2，该碳纳米管阵列10包括多个彼此基本平行且垂直于所述生长基底20的碳纳米管100。采用化学气相沉积法制备的碳纳米管阵列10，在最初从催化剂表面生长时基本是垂直于生长基底20的，随着碳纳米管100长度的增加，部分碳纳米管100开始出现弯曲，因此，与生长基底20接触的碳纳米管阵列底部102比较整齐，基本垂直于生长基底20，而远离生长基底20的碳纳米管阵列顶部104有部分碳纳米管100的顶部弯曲。
在步骤S3中，所述分离所述碳纳米管阵列和生长基底，使碳纳米管阵列的底部暴露的具体方法不限，只要能够分离碳纳米管阵列和生长基底，并且不破坏碳纳米管阵列的结构即可。本实施例中，请参见图3，所述分离所述碳纳米管阵列和生长基底，使碳纳米管阵列的底部暴露的方法包括以下步骤：
S31，提供一代替基底，将该代替基底30设置在该碳纳米管阵列10的顶部104，并使该代替基底30与该碳纳米管阵列10的顶部104之间具有液态介质60；
S32，使位于该代替基底30与该碳纳米管阵列10的顶部104之间的液态介质60固化变为固态介质60’；
S33，通过移动该代替基底30与该生长基底20中的至少一方，使该代替基底30与该生长基底20相远离，从而使该碳纳米管阵列10与该生长基底20分离，并转移至该代替基底30，该碳纳米管阵列10的顶部104设置于代替基底30上，底部暴露。
在步骤S31中，该代替基底30为固态，可以为柔性或硬质基底。该代替基底30具有一表面，作为设置该碳纳米管阵列10的表面。将该碳纳米管阵列10从该生长基底20转移至该代替基底30表面是使该碳纳米管阵列10倒立设置于该代替基底30表面。当该碳纳米管阵列10转移至该代替基底30后，该碳纳米管阵列10的第二表面104靠近或设置在该代替基底30的表面，该底部102为远离该代替基底30的表面。
在该步骤S32中，该液态介质60可以以细微的液滴或液膜的形态设置在该碳纳米管阵列10的顶部104上。该液态介质60可以为水或低分子量有机溶剂，如乙醇、丙酮或甲醇。该液态介质60也可以为处于液态或者半固态的聚合物材料。该液态介质60的量应较小，避免渗入碳纳米管阵列10的内部对碳纳米管阵列的形态造成影响。优选地，该液态介质60选择为不与碳纳米管润湿的液体，如水。该碳纳米管阵列10的顶部104的液态介质60的液滴的直径以及液膜的厚度可以分别为10纳米～300微米。该代替基底30与该碳纳米管阵列10的顶部104分别与中间的液态介质60接触。可以理解，该代替基底30尽量不对该碳纳米管阵列10施加压力，即使施加压力，该压力也应较小，控制在不使碳纳米管阵列10的形态发生改变，例如不使碳纳米管阵列10中的碳纳米管发生倾倒。该压力(f)范围可以为0<f<2N/cm2。在对碳纳米管阵列10施加压力的过程中，该碳纳米管阵列10中碳纳米管仍基本保持垂直于生长基底20的表面的状态。
在一实施例中，该步骤S32可以包括以下步骤：
在该代替基底30的表面形成一层液态介质60；以及
将该代替基底30具有液态介质60的表面接触该碳纳米管阵列10的顶部104。
在该步骤S33中，位于该代替基底30与碳纳米管阵列10之间的液态介质60固化变成固态介质60’，具体可以使通过降温至该固态介质60的凝固点以下，由于该代替基底30与碳纳米管阵列10均与液态介质60接触，液态介质60固化后将该代替基底30与碳纳米管阵列10较为牢固的结合在一起。为使结合更为牢固，该代替基底30的材料优选为与该液态介质60润湿。
该碳纳米管阵列10通过与该代替基底30的结合与该生长基底20分离。优选地，该碳纳米管阵列10中的所有碳纳米管同时脱离该生长基底20，也就是该代替基底30与该生长基底20中的至少一方的移动方向为垂直于该生长基底20的碳纳米管生长表面，使该碳纳米管阵列10中的碳纳米管沿该碳纳米管的生长方向脱离该生长基底20。当该代替基底30与该生长基底20均发生移动时，两者的移动方向均垂直于该生长基底20的碳纳米管生长表面。
碳纳米管阵列转移至代替基底上后，碳纳米管阵列的顶部与设置于代替基底的表面，碳纳米管阵列的底部远离所述代替基底，暴露出来，作为带电子黑体结构的电子吸收面。由于碳纳米管阵列的底部排列整齐且基本垂直于生长基底，因此，碳纳米管阵列的底部作为电子黑体的吸收面具有更高的电子吸收率。请参见图4，碳纳米管阵列的顶部相比，本发明实施例提供的电子黑体结构采用碳纳米管阵列的底部作为电子吸收面，其对电子的吸收率更高。
一电子黑体结构包括一支撑基底及一碳纳米管结构，该碳纳米管结构包括多个碳纳米管。该多个碳纳米管基本相互平行且垂直于所述支撑基底。所述碳纳米管结构通过翻转一碳纳米管阵列获得。该碳纳米管阵列直接生长于一生长基底，该碳纳米管阵列包括一顶部及一底部，碳纳米管阵列的底部连接于所述生长基底。碳纳米管阵列与所述生长基底分离后保持碳纳米管阵列形态并转移至所述支撑基底，碳纳米管阵列的顶部连接于所述支撑基底，从而形成所述碳纳米管结构。
请参见图5，所述电子黑体结构200包括一支撑基底50及一碳纳米管结构40。该碳纳米管结构40包括一第一表面402和一第二表面404，第一表面402与所述支撑基底接触，第二表面404远离所述支撑基底50。所述碳纳米管结构40与支撑基底50之间可进一步包括一介质层(图未示)，碳纳米管结构40的第一表面402插入所述介质层中。所述碳纳米管结构40包括多个彼此基本平行且垂直于所述支撑基底的碳纳米管。碳纳米管并非绝对的直线。碳纳米管靠近第二表面404的部分基本是直线结构，相互平行。碳纳米管靠近第一表面402的部分可以是直线结构，也可以是弯曲结构，或者二者随机分布的结合。
请参见图6，与金属材料和石墨相比，本发明实施例所提供的电子黑体结构几乎可以百分百吸收电子。
本发明所提供的电子黑体结构的制备方法所制备出的电子黑体结构，结构简单，对电子的吸收率几乎可以达到百分之百，具有广泛的应用前景，而且该电子黑体结构的制备方法简单，易于操作。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (8)
1.一种电子黑体结构用于吸收电子的方法，该电子黑体结构的制备方法包括以下步骤：
S1，提供一生长基底；
S2：在所述生长基底上生长一碳纳米管阵列，该碳纳米管阵列包括一顶部及一底部，所述底部连接于所述生长基底；以及
S3：分离所述碳纳米管阵列和生长基底，使碳纳米管阵列的底部暴露，所述碳纳米管阵列的底部用于吸收电子，碳纳米管阵列的底部为电子吸收面，所述碳纳米管阵列包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管垂直于所述电子吸收面。
2.如权利要求1所述的电子黑体结构用于吸收电子的方法，其特征在于，在步骤S2中，采用气相沉积法生长碳纳米管阵列。
3.如权利要求1所述的电子黑体结构用于吸收电子的方法，其特征在于，在步骤S3中，所述分离所述碳纳米管阵列和生长基底，使碳纳米管阵列的底部暴露的步骤包括：
提供一代替基底，将该代替基底设置在该碳纳米管阵列的顶部，并使该代替基底与该碳纳米管阵列的顶部之间具有液态介质；
使位于该代替基底与该碳纳米管阵列的顶部之间的液态介质固化变为固态介质；
通过移动该代替基底与该生长基底中的至少一方，使该代替基底与该生长基底相互远离，从而使该碳纳米管阵列与该生长基底分离，并转移至该代替基底，该碳纳米管阵列的顶部设置于代替基底上，底部暴露。
4.如权利要求3所述的电子黑体结构用于吸收电子的方法，其特征在于，将该碳纳米管阵列从该生长基底转移至该代替基底表面是使该碳纳米管阵列倒立设置于该代替基底表面。
5. 如权利要求4所述的电子黑体结构用于吸收电子的方法，其特征在于，代替基底接触碳纳米管阵列的顶部时，对碳纳米管阵列的顶部施加一定压力，该压力范围可以为大于0N/cm2小于2 N/cm2。
6.如权利要求3所述的电子黑体结构用于吸收电子的方法，其特征在于，通过降低温度的方法将液体介质转变为固态介质。
7.如权利要求1所述的电子黑体结构用于吸收电子的方法，其特征在于，所述碳纳米管阵列转移至代替基底上后，碳纳米管阵列的顶部设置于代替基底的表面，碳纳米管阵列的底部远离所述代替基底，暴露出来，作为电子黑体结构的电子吸收面。
8.一种电子黑体结构用于吸收电子的方法，其特征在于，该电子黑体结构包括一支撑基底及一碳纳米管结构，该碳纳米管结构包括一第一表面和一第二表面，第一表面与所述支撑基底接触，第二表面远离所述支撑基底，所述碳纳米管结构包括多个彼此基本平行且垂直于所述支撑基底的碳纳米管，碳纳米管靠近第二表面的部分是直线结构且垂直于所述第二表面，该第二表面为电子黑体结构吸收电子的表面，所述碳纳米管结构与支撑基底之间包括一介质层，碳纳米管结构的第一表面插入所述介质层中。
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