定位裁剪多壁碳纳米管的方法技术

本发明专利技术公开了一种定位裁剪多壁碳纳米管的方法。包括：将一个或多个多壁碳纳米管置于一基片上；在基片上形成一刻蚀用掩模，该刻蚀用掩模具有至少一个刻蚀窗口，每一刻蚀窗口分别对准并暴露出多个多壁碳纳米管中待裁剪的多壁碳纳米管的待裁剪部位；利用刻蚀工艺刻蚀去除待裁剪多壁碳纳米管的待裁剪部位处的一层或多层管壁。通过将多壁碳纳米管置于基片上，并在基片上形成至少一个刻蚀窗口的刻蚀用掩模，每一刻蚀窗口分别对准并暴露出多壁碳纳米管中的待裁剪部位，利用刻蚀工艺刻蚀去除待裁剪多壁碳纳米管裁剪部位处的一层或多层管壁。该方法实现了纳米尺度上多个碳纳米管的定位裁剪，操作工艺简单，可实现规模化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及碳纳米管微纳米器件
，尤其是涉及一种定位裁剪多壁碳纳米管的方法。
技术介绍
碳纳米管(CNT)是一种近乎理想的一维纳米材料，具有优异的电学性能和机械性能，其在纳米晶体管、纳米传感器、微纳机械结构等领域具有重要的应用价值。碳纳米管根据碳原子管壁的层数可分为单壁碳纳米管(Single-walled carbon nanotube；SWCNT)和多壁碳纳米管(Multi-walled carbon nanotube；MWCNT),而多壁碳纳米管同时也可看作多根单壁碳纳米管以共轴的方式嵌套而成，值得注意的是，多壁碳纳米管中相邻管壁之间具有极小的摩擦力系数。多壁碳管这种多层共轴嵌套的结构和层间极小摩擦力系数的特性使其成为构建纳米转子、纳米电动机转子、纳米发电机转子等微纳结构的热门材料。然而，利用多壁碳纳米管构造微纳结构迫切需要在多壁碳管特定的位置进行裁剪，以形成刻蚀后的纳米结构。经过裁剪后的多壁碳纳米管，可以剥离掉其外壁或部分次外壁结构，进而形成实现将内层管壁暴露，为方便操纵内外层管壁相对运动提供机械力学附着点，获得可方便控制内外层管壁相对运动的多壁碳管结构。比如利用该结构可构造纳米转子等微纳结构。此外，基于材料的性质取决于材料的结构，对多壁碳纳米管进行裁剪可以改变其性质，从而可以用于构造新型的多壁碳纳米管晶体管等器件，因此，经剥离掉外壁或次外壁的多壁碳纳米管可以广泛地应用到微纳米器件中。目前，用于多壁碳纳米管裁剪的方法如电流烧蚀法，该方法是通过大电流加热多壁碳纳米管的特定区段至高温，然后进一步通过空气中的氧气氧化高温碳纳米管的管壁，以实现逐层烧蚀多壁碳纳米管，从而实现对多壁碳纳米管的裁剪。利用该方法可以在多壁碳纳米管特定的位置处构造电极，施加大电流也能实现多壁碳纳米管的定位烧蚀。然而，该方法操作比较复杂，并且只能单根多壁碳纳米管逐一实现电流烧蚀，不利于大规模生产。尽管从2000年人们开始尝试用多壁碳纳米管制备微纳米器件以来就一直渴望寻找一种能够有效率、简单且大规模地裁剪多壁碳纳米管的方法，但一直没有获得成功。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在提供一种定位裁剪多壁碳纳米管的方法，该方法可以逐层对多壁碳纳米管进行裁剪，不仅操作简单，而且还有利于实现大规模生产。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种定位裁剪多壁碳纳米管的方法，包括：将一个或多个多壁碳纳米管置于一基片上；在基片上形成一刻蚀用掩模，该刻蚀用掩模具有至少一个刻蚀窗口，每一刻蚀窗口分别对准并暴露出多个多壁碳纳米管中待裁剪的多壁碳纳米管的待裁剪部位；利用刻蚀工艺刻蚀去除待裁剪多壁碳纳米管的待裁剪部位处的一层或多层管壁。进一步地，刻蚀用掩模由布置在基片上的光刻胶层形成，并且，通过对光刻胶层进行曝光形成刻蚀窗口。进一步地，定位裁剪多壁碳纳米管的方法还包括：在基片的预定位置处形成基准点标记和一个或多个局域定位标记，每一局域定位标记相对于基准点标记的位置参数是预先确定的；获取待裁剪多壁碳纳米管相对于与其相邻的局域定位标记的局域位置参数；根据待裁剪多壁碳纳米管的局域位置参数以及局域定位标记相对于基准点标记的位置参数获得待裁剪多壁碳纳米管在基片上相对于基准点标记的全局位置参数；根据待裁剪多壁碳纳米管的全局位置参数确定刻蚀窗口的全局位置参数；根据刻蚀窗口的全局位置参数形成带有与刻蚀窗口相对应的刻蚀窗口图形的曝光图形；其中，在对光刻胶层进行曝光时，基于基准点标记将曝光图形与基片对准，以使得刻蚀窗口图形与需要在光刻胶层中形成的刻蚀窗口的位置相对准。进一步地，多个局域定位标记相互之间是可区分的。进一步地，多个局域定位标记中每一局域定位标记由一矩形区域及位于该矩形区域内的数字标记构成，并且任意两个局域定位标记具有不同的数字标记。进一步地，多个局域定位标记布置成一个阵列并聚集在基片的一个局部的定位标记区域内。进一步地，定位裁剪多壁碳纳米管的方法还包括：用原子力显微镜在局域定位标记区域内扫描探测基片上的多壁碳纳米管，并获得待裁剪多壁碳纳米管的局域位置参数。进一步地，对光刻胶层进行的曝光为电子束曝光。进一步地，刻蚀工艺为等离子体刻蚀工艺；其中，所使用的工作等离子体为氩等离子体，氩等离子体的功率为5～50W，刻蚀腔体内的气压为50～100mTorr，刻蚀时间为30～120秒。进一步地，采用金属薄膜沉积的方法在基片的预定位置处形成基准点标记和一个或多个局域定位标记，以对多壁碳纳米管的刻蚀窗口进行定位。本申请的专利技术人经过研究发现，采用在现有技术中已经非常成熟的刻蚀工艺(特别是电子束曝光和等离子体刻蚀)就有可能解决前述的本领域技术人员长期渴望解决的技术问题。通过将多壁碳纳米管置于基片上，并在基片上形成具有至少一个刻蚀窗口的刻蚀用掩模，使得每一刻蚀窗口分别对准并暴露出多壁碳纳米管中的待裁剪的多壁碳纳米管的待裁剪部位，之后利用刻蚀工艺刻蚀去除待裁剪多壁碳纳米管裁剪部位处的一层或多层管壁。采用本专利技术所提供的刻蚀方法，相对于现有的电流烧蚀的方法，实现了在纳米尺度上多个碳纳米管或者碳纳米管的多个部位的同时定位裁剪，操作工艺简单，可以大规模制备特定的多壁碳纳米管结构，能够实现规模化生产。此外，本专利技术还可以通过选择合适的刻蚀参数，控制多壁碳纳米管的管壁裁剪层数，即可以根据需要刻蚀多壁碳纳米管的一层或者多层管壁。本专利技术所提供的定位裁剪多壁碳纳米管的方法，在碳纳米管晶体管、轴承结构的碳纳米管齿轮、轴承结构的碳纳米管电动机、轴承结构的碳纳米管发电机等微纳米结构设计领域具有重要的应用价值。根据下文结合附图对本专利技术具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本专利技术的上述以及其他目的、优点和特征。附图说明后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本专利技术的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：图1为根据本专利技术典型实施例中定位刻蚀多壁碳纳米管的工艺流程示意图；图2为本专利技术实施例1中制备的多壁碳纳米管在刻蚀前、后的原子力显微镜图；图3为对应于图2中多壁碳纳米管样品在刻蚀前、后的高度测量图；图4为多壁碳纳米管的刻蚀区域以及被光刻胶掩膜层覆盖的区域的原子力显微镜图；图5为多(双)壁碳纳米管的刻蚀区域其外壁被去除后露出的次外壁的放大结构示意图；<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种定位裁剪多壁碳纳米管的方法，包括：将一个或多个多壁碳纳米管(10)置于一基片(20)上；在所述基片(20)上形成一刻蚀用掩模，所述刻蚀用掩模具有至少一个刻蚀窗口(40)，每一所述刻蚀窗口(40)分别对准并暴露出所述多个多壁碳纳米管中的待裁剪的所述多壁碳纳米管(10)的待裁剪部位；利用刻蚀工艺刻蚀去除所述待裁剪多壁碳纳米管(10)的所述待裁剪部位处的一层或多层管壁。

【技术特征摘要】
1.一种定位裁剪多壁碳纳米管的方法，包括：
将一个或多个多壁碳纳米管(10)置于一基片(20)上；
在所述基片(20)上形成一刻蚀用掩模，所述刻蚀用掩模具有至少一个刻
蚀窗口(40)，每一所述刻蚀窗口(40)分别对准并暴露出所述多个多壁碳纳
米管中的待裁剪的所述多壁碳纳米管(10)的待裁剪部位；
利用刻蚀工艺刻蚀去除所述待裁剪多壁碳纳米管(10)的所述待裁剪部位
处的一层或多层管壁。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述刻蚀用掩模由布置在所
述基片(20)上的光刻胶层(30)形成，并且，通过对所述光刻胶层(30)进
行曝光形成所述刻蚀窗口(40)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述基片(20)的预定位置处形成基准点标记(50)和一个或多个局域
定位标记(60)，每一所述局域定位标记(60)相对于所述基准点标记(50)
的位置参数是预先确定的；
获取所述待裁剪多壁碳纳米管(10)相对于与其相邻的所述局域定位标记
(60)的局域位置参数；
根据所述待裁剪多壁碳纳米管(10)的局域位置参数以及所述局域定位标
记(60)相对于所述基准点标记的位置参数获得所述待裁剪多壁碳纳米管(10)
在所述基片(20)上相对于所述基准点标记(50)的全局位置参数；
根据所述待裁剪多壁碳纳米管(10)的全局位置参数确定所述刻蚀窗口
(40)的全局位置参数；
根据所述刻蚀窗口(40)的全局位置参数形成带有与所述刻蚀窗口(40)
相对应的刻蚀窗口图形的曝光图形；
其中，在对所述光刻胶层(30)进行所述曝光时，基于所述基准点标记(50)

【专利技术属性】
技术研发人员：张余春，赵尚骞，梁文杰，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11