单壁碳管膜的制备方法、单壁碳管膜及霍尔器件技术

本申请提供了单壁碳管膜的制备方法、单壁碳管膜及霍尔器件，制备方法包括以下步骤：提供化学气相沉积设备，化学气相沉积设备设有相通的第一温区、第二温区和第三温区，第一温区的温度低于第二温区的温度，第二温区的温度高于第三温区的温度；将催化剂放置于第一温区进行加热处理，催化剂挥发，向第一温区通入载气和气体碳源，挥发的催化剂、载气与气体碳源形成混合气体；混合气体流动至第二温区，混合气体中的催化剂和气体碳源在第二温区发生反应，生成单壁碳管；将底衬放置于第三温区，生成的单壁碳管随着载气的气流流动至第三温区，在底衬的表面沉积形成单壁碳管膜。设置三个温区制备单壁碳管膜，可有效提高单壁碳管膜的质量。

【技术实现步骤摘要】

本申请属于碳纳米管，更具体地说，是涉及单壁碳管膜的制备方法、单壁碳管膜及霍尔器件。

技术介绍

1、碳纳米管具有优异的电学特性、高迁移率和纳米级别直径，是后摩尔时代具有竞争力的材料，在微电子学领域具有巨大应用潜力。同时，由于碳纳米管具有相对较弱的超精细相互作用和和自旋轨道耦合效应，因此，相较于传统的金属或半导体材料，碳纳米管可以实现更长的自旋弛豫寿命和自旋扩散长度，碳纳米管顶端或径向开口处的巨磁矩效应为构建碳基自旋电子器件奠定了基础。

2、现有单壁碳管膜的制备方法中生成的单壁碳管膜残留有杂质，影响了电学性能，进而影响了其在电子器件例如霍尔器件中的应用。

技术实现思路

1、基于此，本申请的目的在于提供一种单壁碳管膜的制备方法、单壁碳管膜及霍尔器件，以解决现有技术中存在的现有单壁碳管膜的制备方法中生成的单壁碳管膜残留有杂质，影响了电学性能的技术问题。

2、为了实现上述专利技术目的，本申请的技术方案如下：

3、第一方面，提供了一种单壁碳管膜的制备方法，包括以下步骤：

4、提供化学气相沉积设备，化学气相沉积设备设有相通的第一温区、第二温区和第三温区，第一温区的温度低于第二温区的温度，第二温区的温度高于第三温区的温度；

5、将催化剂放置于第一温区进行加热处理，催化剂挥发，同时向第一温区通入载气和气体碳源，挥发的催化剂、载气与气体碳源形成混合气体；

6、混合气体流动至第二温区，混合气体中的催化剂和气体碳源在第二温区发生反应，生成单壁碳管；

7、将底衬放置于第三温区，生成的单壁碳管随着载气的气流流动至第三温区，在底衬的表面沉积形成单壁碳管膜。

8、可选地，催化剂包括二茂铁和硫；和/或，

9、第一温区的加热温度为80℃-95℃，优选为85℃-92℃。

10、可选地，催化剂包括质量比为15-17：1的二茂铁和硫。

11、可选地，气体碳源为甲烷；和/或，

12、载气的流速为900sccm-1100sccm，所述气体碳源的流速为9sccm-12sccm。

13、可选地，载气和气体碳源的摩尔比为95-105：1。

14、可选地，第二温区的温度为1050℃-1200℃。

15、可选地，第三温区的温度为50℃-200℃，并且自其靠近第二温区的一侧向远离第二温区的一侧温度逐渐降低；和/或，

16、单壁碳管在第三温区沉积的时间≥3min。

17、第二方面，提供了一种采用上述制备方法制成的单壁碳管膜。

18、可选地，单壁碳管膜中的单壁碳管的长度为90nm-200nm。

19、可选地，单壁碳管膜中单壁碳管的管径为0.8nm-3nm。

20、第三方面，提供了一种霍尔器件，包括电极、底衬以及采用上述的单壁碳管膜制成的碳管膜，碳管膜结合于底衬上，电极包括n组相对设置的电流输入电极、m组相对设置的电压测试电极，n≥1的整数，m≥1的整数，电极结合于碳管膜的表面，并在每组电流输入电极之间露出碳管膜，在每组电压测试电极之间露出碳管膜，每组电流输入电极所在的直线与每组电压测试电极所在的直线相交。

21、可选地，每组电流输入电极所在的直线与每组电压测试电极所在的直线垂直；和/或，

22、n＝1,m＝2,每组电流输入电极之间露出的碳管膜与每组电压测试电极之间露出的碳管膜形成“双十相连形状”，并且每一电流输入电极、每一所述电压测试电极分别与双十相连形状的一个端部电连接。

23、本申请的有益效果在于：

24、1、申请提供的单壁碳管膜的制备方法将化学气相沉积设备设置三个温区，催化剂在第一温区加热挥发，并与载气、气体碳源初混合，再流动至第二温区进一步混合并反应，生成单壁碳管，生成的单壁碳管流动至第三温区，在底衬的表面沉积形成单壁碳管膜；一方面，第一温区和第二温区形成两个混合区域，使催化剂与气体碳源能够充分混合，提高了反应均匀性；另一方面，加热挥发催化剂的区域与反应生成单壁碳管的区域分开，可通过控制第一温区的加热温度来控制催化剂的挥发速率，进而控制催化剂的加入量及催化剂与气体碳源的反应速率，减少了由于催化剂挥发速率过快造成催化剂过剩而产生的杂质，提高了单壁碳管膜的质量，进而提高了单壁碳管膜的电学性能；本申请的制备方法采用浮动式化学气相沉积法制备单壁碳管膜，工序简单、明确，易于控制，可有效提高单壁碳管膜的质量，具有很好的工业推广前景；

25、2、本申请提供的单壁碳管膜减少了杂质，提高了电学性能；

26、3、本申请提供的采用上述单壁碳管膜制成的霍尔器件，由于单壁碳管膜电学性能的提高，进而提高了霍尔器件的电学性能。

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【技术保护点】

1.一种单壁碳管膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的单壁碳管膜的制备方法，其特征在于：所述催化剂包括二茂铁和硫；和/或，

3.如权利要求2所述的单壁碳管膜的制备方法，其特征在于：所述催化剂包括质量比为15-17：1的二茂铁和硫。

4.如权利要求1至3任一所述的单壁碳管膜的制备方法，其特征在于：所述气体碳源为甲烷；和/或，

5.如权利要求4所述的单壁碳管膜的制备方法，其特征在于：所述载气和气体碳源的摩尔比为95-105：1。

6.如权利要求4所述的单壁碳管膜的制备方法，其特征在于：所述第二温区的温度为1050℃-1200℃。

7.如权利要求1所述的单壁碳管膜的制备方法，其特征在于：所述第三温区的温度为50℃-200℃，并且自其靠近所述第二温区的一侧向远离所述第二温区的一侧温度逐渐降低；和/或，

8.一种单壁碳管膜，其特征在于：采用权利要求1至7任一所述的制备方法制成。

9.如权利要求8所述的单壁碳管膜，其特征在于：所述单壁碳管膜中的单壁碳管的长度为90nm-200nm。

10.如权利要求8所述的单壁碳管膜，其特征在于：所述单壁碳管膜中单壁碳管的管径为0.8nm-3nm。

11.一种霍尔器件，其特征在于：包括电极、底衬以及采用如权利要求9或10所述的单壁碳管膜制成的碳管膜，所述碳管膜结合于所述底衬上，所述电极包括N组相对设置的电流输入电极、M组相对设置的电压测试电极，N≥1的整数，M≥1的整数，所述电极结合于所述碳管膜的表面，并在每组所述电流输入电极之间露出所述碳管膜，在每组所述电压测试电极之间露出所述碳管膜，每组所述电流输入电极所在的直线与每组所述电压测试电极所在的直线相交。

12.如权利要求11所述的霍尔器件，其特征在于：每组所述电流输入电极所在的直线与每组所述电压测试电极所在的直线垂直；和/或，

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【技术特征摘要】

1.一种单壁碳管膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的单壁碳管膜的制备方法，其特征在于：所述催化剂包括二茂铁和硫；和/或，

3.如权利要求2所述的单壁碳管膜的制备方法，其特征在于：所述催化剂包括质量比为15-17：1的二茂铁和硫。

4.如权利要求1至3任一所述的单壁碳管膜的制备方法，其特征在于：所述气体碳源为甲烷；和/或，

5.如权利要求4所述的单壁碳管膜的制备方法，其特征在于：所述载气和气体碳源的摩尔比为95-105：1。

6.如权利要求4所述的单壁碳管膜的制备方法，其特征在于：所述第二温区的温度为1050℃-1200℃。

7.如权利要求1所述的单壁碳管膜的制备方法，其特征在于：所述第三温区的温度为50℃-200℃，并且自其靠近所述第二温区的一侧向远离所述第二温区的一侧温度逐渐降低；和/或，

8.一种单壁碳管膜，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳吉友，李勇军，任红轩，孙连峰，
申请(专利权)人：广东粤港澳大湾区国家纳米科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：