CN1979948A

CN1979948A - 使用纳米碳管的天线结构及其制作方法

Info

Publication number: CN1979948A
Application number: CN 200510127730
Authority: CN
Inventors: 张凯程; 吴柏成; 麦越汉
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2005-12-02
Filing date: 2005-12-02
Publication date: 2007-06-13

Abstract

本发明公开了一种使用纳米碳管的天线结构及其制作方法，该天线结构包括有一基板、一吸附层、数个纳米碳管以及一保护层。该天线结构的制作方法包括以下步骤：首先提供一基板；接着在该基板上形成一吸附层；再在该吸附层上形成至少一微流道；然后在该至少一微流道中注入一含有数个纳米碳管的溶液，使该数个纳米碳管水平贴附于该至少一微流道的底面上；最后在该数个纳米碳管上形成一保护层，进而完成整个收发电磁波的天线结构。通过本发明可制作出具有高增益值、高频宽、高频率的天线结构。

Description

使用纳米碳管的天线结构及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种使用纳米碳管的天线结构及其制作方法，特别涉及一种运用流体在流场中流动的物理排列现象，使用纳米碳管来制作天线的天线结构及其制作方法。

背景技术

随着无线通信技术的蓬勃发展，许多通信协议所采用的发射频率范围与接收频率范围正逐渐移向更高的频带，由于频率越高的信号在空气中传递的波长越小，因此其对应的天线长度也必须跟着缩小。一般常见的天线长度是波长长度的1/2或1/4，当电磁波的频率高达GHz等级时，天线长度也随之降到mm的尺度，对于国防工业所使用的THz等级，其对应的天线长度更是缩小到nm的尺度。

目前已有研究报告指出纳米碳管具有作为天线的可行性，当白光照射在不同长度的纳米碳管上，依据光反射的原理在相同反射角的位置应可得到相同的光源，然而频谱检测器在不同长度的纳米碳管的反射点上所侦测到的光线波长则不尽相同，此例证明纳米碳管能够吸收特定波长的光线(即电磁波)，此特定波长的光线被纳米碳管所吸收的现象，恰如同天线的特性，也证实纳米碳管本身的材料，可以用作电磁波收发天线。

有鉴于此，本发明提出一种使用纳米碳管的天线结构及其制作方法，其运用流场分布来排列纳米碳管，制作出天线收发的主要结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用纳米碳管制作的微型天线结构，特别是针对收发频带高于1GHz的天线，可对应制作出长度范围介于10nm到10mm的天线结构。

本发明的另一目的在于提供一种纳米碳管天线结构的制作方法，其运用流场分布来排列并对准纳米碳管，通过纳米碳管的相互连接可以产生不同长度的天线，并有效增加天线接收的频宽。

为了实现上述目的，本发明提供了一种使用纳米碳管的天线结构，该天线结构包括一基板、一吸附层、数个纳米碳管以及一保护层。该吸附层形成于该基板上，呈现一天线形状的图案；该数个纳米碳管水平贴附在该吸附层上，其中纳米碳管彼此之间相互接邻；该保护层覆盖于该数个纳米碳管上。

较佳地，该吸附层由包含NH₂官能基的材料所构成。

较佳地，该吸附层具有一光滑表面。

较佳地，该吸附层包括一个或一个以上的吸附区域。

较佳地，该吸附区域呈一矩形。

较佳地，该每个吸附区域可具有不同大小的面积。

较佳地，该每个吸附区域上贴附有相互平行的纳米碳管。

较佳地，该保护层由绝缘材料所构成。

较佳地，该天线结构还包括至少二接点，用来电性连接外部信号。

较佳地，该天线形状的图案为一偶极天线图案。

较佳地，该天线形状的图案为一环形天线图案。

为达到上述目的，本发明还提供了一种使用纳米碳管的天线结构的制作方法，包括以下步骤：

(a)提供一基板；

(b)在该基板上形成一吸附层；

(c)在该吸附层上形成至少一微流道；

(d)在该至少一微流道中注入一含有数个纳米碳管的溶液，使得该数个纳米碳管水平贴附于该至少一微流道的底面上；以及

(e)在该数个纳米碳管上形成一保护层。

较佳地，该吸附层由包含NH₂官能基的材料所构成。

较佳地，该吸附层具有一光滑表面。

较佳地，该吸附层包括一个或一个以上的吸附区域。

较佳地，该吸附区域呈一矩形。

较佳地，该每个吸附区域可具有不同大小的面积。

较佳地，该微流道由聚二甲基硅氧烷(PDMS，polydimethylsiloxane)的材料所构成。

较佳地，该微流道还包括一用来注入该溶液的输入口以及一用来排出该溶液的输出口。

较佳地，该溶液的纳米碳管的重量浓度大于30％。

较佳地，该溶液为二甲基甲酰胺(N，N-dimenthylformamide；DMF)。

整体而言，本发明公开了一种使用纳米碳管的天线结构及其制作方法，通过本发明可制作出具有高频率的电磁波收发天线。

下面配合附图和具体实施例对本发明的特征作详细说明，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1A为常见天线图案的示意图；

图1B为常见天线图案的示意图；

图1C为常见天线图案的示意图；

图1D为常见天线图案的示意图；

图2为本发明天线结构的制作方法的流程示意图；

图3为本发明天线结构的制作方法的流程示意图；

图4为本发明天线结构的制作方法的流程示意图；

图5为本发明天线结构的制作方法的流程示意图；

图6为本发明天线结构的制作方法的流程示意图；

图7为本发明天线结构的制作方法的流程示意图；

图8为本发明天线结构的制作方法的流程示意图；

图9为本发明天线结构的制作方法的流程示意图；

图10A至图10D为可应用本发明天线结构的制作方法的偶极天线图案示意图；

图11A至图11D为可应用本发明天线结构的制作方法的环形天线图案示意图。

其中，附图标记：

10～交流电源

12～导线区块

20～基板

21～吸附层

22～吸附区域

23～微流道

232～流道壁

234～输入口

236～输出口

24～纳米碳管

25～溶液

26～保护层

100～偶极天线图案

110～环形天线图案

具体实施方式

请参考图1A至图1D，其显示了几种常见的天线图案，目前用于UHF频段的天线，其形状多半是利用几条简易的直线线段组成，具有此特征的天线结构特别适用于流场分布排列纳米碳管的方式，通过线性流场可以得到极佳的同向排列特性。其中交流电源10提供交流电给布满纳米碳管的导线区块12，当导线区块12上有变化的电场时，便会对应产生磁场，因而可产生电磁波的辐射，至于幅射强度则与导线区块12的长度和形状有关。上述列举的天线图案仅作为说明使用，对于其它形式的高频天线设计，可使用下述的天线结构的制造方法。

图2至图9说明本发明天线结构的制造方法，其为一较佳实施例。在本实施例中揭示一种运用流体在流场中流动之物理排列现象，其使得纳米碳管可遵循特定方向而排列形成一天线的主要结构，具体的执行步骤如下：

首先提供一基板20，如图2所示；

接着在该基板20上，通过薄膜沉积的方式形成一包含NH₂官能基材料的吸附层21，如图3所示；

接着在该吸附层21上，通过光刻处理(第一道光掩膜处理)定义出所需的光刻胶图案，然后通过刻蚀方式选择性地移除不需要的部分，制作出所要的吸附区域22，该吸附区域22的平坦度(表面粗糙度)必须小于后面步骤中所使用的纳米碳管的截面直径，使得该吸附区域22可保有一光滑表面，如图4所示。

接着在该吸附区域22上，通过光刻处理(第二道光掩膜处理)定义出对应的微流道23，其中用来形成该微流道23的流道壁232由聚二甲基硅氧烷(PDMS，polydimethylsiloxane)的材料所构成，如图5所示。

然后从该微流道23的一输入口234注入一含有数个纳米碳管24的溶液25，使该数个纳米碳管24随着该溶液25的流动方向，逐渐贴附于该微流道23的底面上，也就是该吸附区域22的上表面，然后其它未吸附于该微流道23的底面的纳米碳管24，将顺着该容液25从输出口236流出，如图6所示。

由于该吸附区域22具有NH₂官能基，其可产生与碳原子相互结合的力量，此化学作用力能够对该纳米碳管24产生吸附力量，使悬浮于该溶液25中的纳米碳管24吸附固定于该吸附区域22的表面，此外，持续流动的溶液也会驱使细长状外型的纳米碳管24均匀且等向的贴附于该微流道23的底面，直到该吸附区域22上布满了纳米碳管24，如图7所示。

其中该溶液25的成分为二甲基甲酰胺(N，N-dimenthylformamide；DMF)，当该溶液25的纳米碳管的重量浓度大于30％时，这些纳米碳管24会均匀的分布在该溶液25内部，使得这些纳米碳管24彼此之间会相互平行地贴附于该吸附区域22，若该吸附区域22的形状为矩形，布满于该吸附区域22上的纳米碳管24也将呈现矩形形状，但依照使用者的需求，该每一吸附区域22的面积并不限定于某特定大小，该每一吸附区域22的形状也不限定于某特定的形状。

此时，用来形成该微流道23的聚二甲基硅氧烷，则可选择性的移除，如图8所示。

最后在该数个纳米碳管24上，覆盖一由绝缘材料所构成的保护层26，完成整个收发电磁波的天线结构，如图9所示。

另外，在该天线结构设置有至少二接点，用于电性连接外部信号来作为天线对外的使用。

通过本发明天线结构的制作方法，能够制作出多种的天线图案，例如在制作偶极天线时，可依照天线的图案，在吸附层上预先规划出不同形状与不同大小的多个吸附区域，以便纳米碳管能贴附于预定义出的多个吸附区域上而形成一偶极天线图案100，如图10A至图10D所示。

同样地，通过本发明天线结构的制作方法，还能够制作一环形天线图案110，如图11A至图11D所示。

在制作上述天线图案时，可将天线图案先划分成多个区块，然后依照各个区块的形状与大小，在吸附层上制作出对应的吸附区域，接着可选择分段地或是同时地使纳米碳管贴附于各个吸附区域上，最后纳米碳管将呈现出一完整的天线图案。

综合上述，本发明公开了一种使用纳米碳管的天线结构及其制作方法，其运用流场分布来排列并对准纳米碳管，通过纳米碳管的相互连接可以产生不同长度的天线，有效增加天线接收的频宽，特别是针对收发频带高于1GHz的天线，可制作出长度范围介于10nm到10mm的天线结构，进而实现一高增益值、高频宽、高频率的电磁波收发天线。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1、一种使用纳米碳管的天线结构，其特征在于，包括：

一基板；

一吸附层，形成于该基板上，呈现一天线形状的图案；

数个纳米碳管，水平贴附于该吸附层上，其中纳米碳管彼此之间相互接邻；以及

一保护层，覆盖于该数个纳米碳管上。

2、根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该吸附层具有一光滑表面，且由包含NH₂官能基的材料所构成。

3、根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该吸附层包括一个或一个以上的吸附区域，且该每个吸附区域可具有不同大小的面积。

4、根据权利要求3所述的天线结构，其特征在于，该每个吸附区域上贴附有相互平行的纳米碳管。

5、根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该保护层由绝缘材料所构成。

6、根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该天线结构还包括至少二接点，用来电性连接外部信号。

7、根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，该天线形状的图案可为一偶极天线图案或一环形天线图案。

8、一种使用纳米碳管的天线结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)提供一基板；

(b)在该基板上形成一吸附层；

(c)在该吸附层上形成至少一微流道；

(d)在该至少一微流道中注入一含有数个纳米碳管的溶液，使该数个纳米碳管水平贴附于该至少一微流道的底面上；以及

(e)在该数个纳米碳管上形成一保护层。

9、根据权利要求8所述的天线结构的制作方法，其特征在于，该吸附层具有一光滑表面，且由包含NH₂官能基的材料所构成。

10、根据权利要求8所述的天线结构的制作方法，其特征在于，该吸附层包括一个或一个以上的吸附区域，且该每个吸附区域可具有不同大小的面积。

11、根据权利要求8所述的天线结构的制作方法，其特征在于，该微流道由聚二甲基硅氧烷的材料所构成。

12、根据权利要求8所述的天线结构的制作方法，其特征在于，该微流道还包括一用来注入该溶液的输入口以及一用来排出该溶液的输出口。

13、根据权利要求8所述的天线结构的制作方法，其特征在于，该溶液的纳米碳管的重量浓度大于30％。

14、根据权利要求8所述的天线结构的制作方法，其特征在于，该溶液为二甲基甲酰胺。