专利名称：使用聚焦离子束制造碳纳米管的方法
技术领域：
本发明涉及制造碳纳米管的方法，更具体地，涉及使用聚焦离子束(FIB)制造碳纳米管的方法。
背景技术：
碳纳米管具有特定的结构和电的特性并且广泛应用在很多器件中，例如，用于场发射显示器(FED)和液晶显示器(LCD)的背光、纳米电子器件、致动器(actuator)以及电池(battery)等。
制造碳纳米管的传统方法包括诸如电弧放电(arc discharge)方法和激光汽化(laser vaporization)的物理方法，以及诸如化学气相沉积(CVD)的化学方法。
图1是在进行传统电弧放电方法中使用的电弧放电设备的示意图。
参照图1，为了进行电弧放电方法，阴极电极11和阳极电极13，两者都是石墨棒，安装在设备中并且在电极11和13之间施加电压，由此在电极11和13之间产生放电。当放电发生时，从作为阳极电极13的石墨棒上分离的碳表皮(carbon crust)被吸引并附在保持低温的作为阴极电极11的石墨棒上。
图2是在进行传统激光汽化方法中使用的激光汽化设备的示意图。
参照图2，为了进行激光汽化方法，反应炉27保持大约1200℃的温度，接着激束21照射到反应炉27内的石墨23上，从而汽化石墨23。汽化的石墨23被吸附到保持低温的收集器(collector)25上。
图3是在进行等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法中使用的设备的示意图。在PECVD方法中，真空管中的反应气体由于两个电极之间施加的射频(RF)波电场的能量或直流电流而放电。
参照图3，其上碳纳米管将被合成的基板31设置在接地的底电极32上，并且在顶电极34和底电极32之间提供反应气体。耐热加热器33设置在底电极32之下，或者灯丝(filament)35设置在顶电极34和底电极32之间，从而分解反应气体。分解反应气体并合成碳纳米管所需的能量从RF功率源37提供。
在传统物理或化学方法中，处理精度低并且在基板的细微部分上的选择性构图不能容易地进行。因此，碳纳米管不能根据所需图案容易地选择性地在细微部分上生长。
发明内容
本发明提供了使用聚焦离子束(FIB)制造碳纳米管的方法，其中碳纳米管能够在基板的细微部分上以纳米水平选择性地生长。
根据本发明的一个方面。提供了使用FIB制造碳纳米管的方法，包括准备基板、用FIB扫描(scan)基板以及在扫描后的基板上生长碳纳米管。
通过参照下述附图详细描述其示例性实施例，本发明的上述和其他特征及优势将变得更加显而易见，其中图1是在进行传统电弧放电方法中使用的电弧放电设备的示意图；图2是在进行传统激光汽化方法中使用的激光汽化设备的示意图；图3是在进行传统等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法中使用的设备的示意图；图4A到4C是示意图，示出了根据本发明实施例使用聚焦离子束(FIB)制造碳纳米管的方法；图5A到5D是示意图，示出了根据本发明另一实施例使用FIB制造碳纳米管的方法；图6是利用根据本发明的实施例使用FIB制造碳纳米管的方法所得到的碳纳米管的图；图7是图6中所示的部分A的放大图；及图8是使用FIB形成的图案的一部分的图。
具体实施例方式
下面，将参照附图更详细地描述根据本发明的示例性实施例的使用聚焦离子束(FIB)制造碳纳米管的方法。附图中相同的附图标记表示相同的元件。
图4A到4C是示意图，示出了根据本发明的实施例使用FIB制造碳纳米管的方法。
参照图4A，基板10被准备好。基板10可由从包括Si、SiO2、Al2O3、GaN、GaAs、SiC以及SiN的组中选择的至少一种材料构成。
参照图4B，基板10的表面用FIB扫描。接着，FIB中包含的离子12被压入基板10的表面。离子12可为镓(Ga)离子。发射FIB的FIB设备具有非常高的分解样品的能力并且允许样品的纳米水平的分解。因此，通过用FIB扫描基板10，基板10能够以纳米水平的精确性被扫描。另外，基板10的预定部分能够使用FIB设备的高分解能力被选择性地扫描，因此，不同的图案能够容易地在基板10上形成。
参照图4C，碳纳米管13在扫描后的基板10上生长。这时，离子12起到碳纳米管13的生长核的作用，因此，碳纳米管13基于离子12垂直地生长。诸如CH4、C2H2、C2H4以及C2H6的碳氢化合物气体可用来生长碳纳米管13。碳纳米管13可使用例如化学气相沉积(CVD)方法、热CVD方法以及等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法生长。当碳纳米管13使用热CVD方法生长时，碳纳米管13的生长均匀性非常高，并且碳纳米管13能够比在PECVD方法中有更小的直径，结果，碳纳米管13具有低的导通(turn-on)电压。当碳纳米管13使用PECVD方法生长时，碳纳米管13比热CVD方法中能够更容易在基板10上垂直生长并且在更低的温度合成。碳纳米管13的垂直生长依赖于PECVD系统中阳极电极和阴极电极之间的施加的电场的方向，因此，碳纳米管13的生长方向可通过电场的方向进行控制。因为碳纳米管13的生长方向是固定的，生长密度能够容易地被控制并且电子由于电场而能够容易地被发射。
图5A到5D是示意图，示出了根据本发明的另一实施例使用FIB制造碳纳米管的方法。
参照图5A，基板20被准备好。基板20可由从包括Si、SiO2、Al2O3、GaN、GaAs、SiC以及SiN的组中所选择的至少一种材料构成。
参照图5B，基板20使用FIB被构图从而形成预定图案21。在这个实施例中，基板20的构图使用具有非常高的分解能力的FIB设备进行，因此基板20能够以纳米水平的精确性被构图。
参照图5C，基板20的表面用FIB扫描。接着，包含在FIB内的离子22，例如，Ga离子，被压入基板20的表面内。在这个扫描过程中，离子22可被发射到基板20的其上未形成图案21的一部分上，然后压到该部分上。
参照图5D，碳纳米管23在扫描后的基板20上生长。这时，离子22起到碳纳米管23的生长核的作用，因此，碳纳米管23基于离子22垂直生长。如上所述，当离子22设置在基板20的未形成图案21的部分上时，碳纳米管23在基板20的未形成图案21的部分的表面上生长。即，使用具有纳米水平分解能力的FIB设备在基板20的表面上形成纳米水平图案21，因此，碳纳米管23可根据图案21生长在基板20上。这样，根据本实施例，碳纳米管23能够选择性地在基板20的细微部分上生长，并且图案21能够容易地以各种形式形成。
诸如CH4、C2H2、C2H4以及C2H6的碳氢化合物可用来生长碳纳米管23。碳纳米管23可使用CVD方法生长，例如，热CVD方法以及PECVD方法。
图6是利用根据本发明的实施例使用FIB制造碳纳米管的方法所得到的碳纳米管的图。图7是图6中所示的部分A的放大图。图8是使用FIB中形成的图案的一部分的图。
参照图6到8，使用FIB将预定图案41形成在基板40上，并且碳纳米管43生长在构图的基板40上。包含在FIB中的Ga离子起到碳纳米管43的生长核的作用，并且碳纳米管43可在基板40的未形成图案41的部分上生长。这样，根据本实施例，由于使用FIB，图案41能够在基板40上以纳米水平选择性地生长并且容易以各种形式形成。
在根据本发明使用FIB制造碳纳米管的方法中，通过用FIB扫描基板，碳纳米管能够选择性地在基板的细微部分上以纳米水平生长并且图案能够容易地以各种形式形成。
由于以上效果，使用FIB制造碳纳米管的方法能够用于制造半导体工艺中的晶体管阵列，以及用于制造传感器，例如，气体传感器、化学传感器和生物传感器。
尽管参照其示例性实施例特别地示出和描述了本发明，本领域一般技术人员能够理解，在不脱离本发明的下面权利要求所定义的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的各种改变。
权利要求
1.一种使用聚焦离子束(FIB)制造碳纳米管的方法，包括准备基板；用所述FIB扫描所述基板；及在所述扫描后的基板上生长碳纳米管。
2.如权利要求1的方法，其中在使用所述FIB扫描所述基板过程中，所述FIB中包含的离子被压入所述基板的表面。
3.如权利要求2的方法，其中所述FIB包含镓(Ga)离子。
4.如权利要求2的方法，其中在生长所述碳纳米管的过程中，使用化学气相沉积(CVD)方法在所述压入的离子上生长所述碳纳米管。
5.如权利要求4的方法，其中碳氢化合物气体用于生长所述碳纳米管。
6.如权利要求1的方法，其中所述基板由从包括Si、SiO2、Al2O3、GaN、GaAs、SiC和SiN的组中选择的至少一种材料构成。
7.一种使用FIB制造碳纳米管的方法，包括准备基板；用所述FIB构图所述基板；用所述FIB扫描所述已构图的基板；及在所述扫描后的基板上生长所述碳纳米管。
8.如权利要求7的方法，其中在用所述FIB扫描所述基板过程中，包含在所述FIB内的离子被压入所述基板的表面。
9.如权利要求8的方法，其中所述FIB包含Ga离子。
10.如权利要求8的方法，其中在生长所述碳纳米管的过程中，使用CVD方法在所述压入的离子上生长所述碳纳米管。
11.如权利要求10的方法，其中碳氢化合物气体用于生长所述碳纳米管。
12.如权利要求7的方法，其中所述基板由从包括Si、SiO2、Al2O3、GaN、GaAs、SiC以及SiN的组中选择的至少一种材料构成。
全文摘要
本发明提供一种使用聚焦离子束(FIB)制造碳纳米管的方法。该方法包括准备基板、用FIB扫描基板、以及在扫描后的基板上生长碳纳米管。
文档编号B82B3/00GK1807232SQ20051008754
公开日2006年7月26日 申请日期2005年7月27日 优先权日2005年1月21日
发明者宋仁庸, 裵恩珠, 高朱惠, 朴玩濬 申请人:三星电子株式会社