一种分离不同导电性能的碳纳米管的方法

专利名称：一种分离不同导电性能的碳纳米管的方法
技术领域：
本发明属于集成电路制造技术领域，具体涉及一种对不同导电性能的碳纳米管材料进行分离的方法。
背景技术：
随着集成电路的发展，基于硅材料的晶体管的继续缩小日益困难。半导体性碳纳米管由于具有小体积和电导率高的特点，在集成电路制造中具有很高的应用价值，而且由半导体性碳纳米管组成的场效应管可以实现类似金属一氧化物一硅 (metal-oxide-silicon, M0S)场效应管的功能。图1是一个碳纳米管场效应管，栅极101 和半导体性碳纳米管104之间有一层绝缘体进行绝缘，通过对栅极101施加电压，源极102 和漏极103之间的电流大小可以被控制。此外，金属性质的碳纳米管材料由于具有较低的电阻值可以被应用的到芯片的互连中。目前，在半导体性碳纳米管的制造过程中，往往伴随着金属性碳纳米管的产生。当图1中的半导体性碳纳米管104被金属性碳纳米管取代后，这个场效应管的源极和漏极之间的电流是不受栅极的电压所控制的，也就是说，这个由金属性碳纳米管构成的场效应管是失效的。因此，半导体性碳纳米管和金属性碳纳米管的分离对制造场效应管是至关重要的。参阅中国专利申请第200580(^6051. 0号，目前分离半导体性碳纳米管和金属性碳纳米管的方法通常是离心分离，采用表面活性剂吸附碳纳米管，使不同特性的碳纳米管在吸附后的重量发生变化，然后再离心提纯。这种方法需要使用特殊的表面活性剂和长时间的离心提纯工序，价格昂贵，同样也就不易于大规模生产。本发明将此专利所记载的内容作为现有技术进行引用。

发明内容
本发明的目的在于提出一种简单易行、成本低廉的分离不同导电性能的碳纳米管材料的方法。本发明提出的分离不同导电性能的碳纳米管材料的方法，具体步骤如下
a)将集成电路材料浸泡在液体中，所述集成电路材料为至少包含金属性碳纳米管、半导体性碳纳米管的混合材料；
b)将所述液体倒入一容器中；
C)在所述容器的四周设置一个电场和一对形成磁力线与所述电场相垂直的磁极，所述一对磁极的磁力线和电场的电力线都穿过所述容器；
d)变换电场的电力线方向和大小以及磁力线的方向和大小，所述集成电路材料在所述容器中受到变换的电场和磁场的作用，而使金属性碳纳米管与半导体性碳纳米管分离；
e)分别收集分离开的集成电路材料(包括分离开的金属性碳纳米管与半导体性碳纳米管)。
本发明中，所述的一对磁极产生的磁场为永久磁场或电磁场，其强度为 0. 00001 — 10 特斯拉。本发明中，所述碳纳米管主要为半导体性碳纳米管、金属性碳纳米管、以及单原子层碳纳米管等。本发明的制备方法所具有的有益效果是用简单可靠的方法将金属性碳纳米管和半导体性碳纳米管分离开来。由于这种方法直接利用了金属性碳纳米管和半导体性碳纳米管在特殊磁场中具有不同电导率的特点，因此分离技术的选择性高，分离后材料的纯度也比现有技术能得到的纯度高。


图1是基于半导体性碳纳米管的场效应管结构图。图2是本发明的集成电路材料制备方法的示意图。图3是本发明的集成电路材料制备过程中碳纳米管的微环境示意图。图4是图2中在一对磁极产生的磁场中电场交变运动之后碳纳米管移动的具体实施例的示意图。
具体实施例方式下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明
图2是本发明的碳纳米管分离方法的示意图，即如何分离金属性碳纳米管和半导体性碳纳米管的方法的示意图，其中，碳纳米管205为多根金属性碳纳米管中的一根，碳纳米管 206为多根半导体性碳纳米管中的一根。上述这些碳纳米管被浸泡在容器210中的液体中。 磁极201是N极或者S极，而磁极202为S极或者N极。这样，磁极201与磁极202这两个相对的磁极构成了一个磁场。磁力线211-a，211-b，211-c，211-d表示所述磁极201和磁极 202之间的磁力线。相对垂直于磁力线211-3，211-13，211-(；，211-(1的电力线212-3，212-13， 212-c，212-d有一对电极203和电极204所产生。其中电极203和204极性相反。上述的一对磁极和一对电极都设置在容器210的四周。当电极203与电极204之间的电场进行交变，即原来的正极逐渐变为负极，同时原来的负极变为正极的过程中，金属性碳纳米管205的两端会相应感应出电荷，而纳米管内部会有电流通过。图3给出了图2中所示碳纳米管205所处的微环境。力线311-a与311-b 代表着磁场的方向。电极203带正电，电极204带负电。碳纳米管两端会感生出电荷。当电极203改变为带负电而电极204改变为带正电时，电流会流过碳纳米管。因为金属性碳纳米管的电阻远远小于半导体碳纳米管的电阻，流过金属性碳纳米管的电流会大于半导体碳纳米管的电流。在图2中，当通过碳纳米管205和碳纳米管206的电流与磁极201和202 之间的磁力线存在一定夹角时，会产生洛仑兹力。该洛仑兹力会导致碳纳米管移动。由于通过金属性碳纳米管205的电流比通过半导体性碳纳米管206的电流大，碳纳米管205的移动速度就比碳纳米管206的移动速度大，也就是说，在相同的时间内，碳纳米管205的移动距离比碳纳米管206的移动距离长。因为移动距离的不同，金属性碳纳米管和半导体性碳纳米管就可以得到分离。图4是图2中在交变电场中碳纳米管移动的示意图。该图指出了在电场和磁场同步交变后碳纳米管所处位置。比如，在磁场和电场同步交变之后，金属性碳纳米管由碳纳米管205所处的位置，移动到了金属性碳纳米管401所处的位置。由于半导体性碳纳米管的移动很慢，在移动磁极201与202之后，半导体性碳纳米管从碳纳米管206处在的位置，移动到了半导体性碳纳米管402所处的位置。在进行多次电场和磁场交变之后，金属性碳纳米管就可以被集中地分离到容器的一端并被收集，从而可以将其与半导体性的碳纳米管分离。本发明未穷举实施例，例如还可以使磁极201和磁极202往复交变，而使磁极201、 202的极性或电极203、204的极性按磁极201和磁极202变化规律同时对调即可。也可以采用电磁铁来替代永磁体的磁极，因此只需改变电流方向即实现可对调磁极的极性。利用本发明的设计原理，还可以分离包含半导体性碳纳米管、金属性碳纳米管、以及单原子层碳的集成电路材料。
权利要求
1.一种分离不同导电性能的碳纳米管的方法，其特征在于具体步骤如下a)将集成电路材料浸泡在液体中，所述集成电路材料为至少包含金属性碳纳米管、半导体性碳纳米管的混合材料；b)将所述液体倒入一容器中；c)在所述容器的四周设置一个电场和一对形成磁力线与所述电场相垂直的磁极，所述一对磁极的磁力线和电场的电力线都穿过所述容器；d)变换电场的电力线方向和大小以及磁力线的方向和大小，所述集成电路材料在所述容器中受到变换的电场和磁场的作用，从而使金属性碳纳米管与半导体性碳纳米管分离；e)分别收集分离开的集成电路材料。
2.如权利要求1所述的分离不同导电性能的碳纳米管材料的方法，其特征在于所述一对磁极产生的磁场为永久磁场或电磁场，其强度为0. 00001 - 10特斯拉。
全文摘要
本发明属于集成电路制造技术领域，具体为一种分离不同导电性能的碳纳米管的方法。本发明方法包括，将含有金属性碳纳米管和半导体性碳纳米管的集成电路材料浸泡在液体中，然后将液体从同一个入口进入同一个容器，在所述容器的四周设置一个电场和一对形成磁力线与所述电场相垂直的磁极；变换电场的电力线方向和大小以及磁力线的方向和大小，使金属性碳纳米管与半导体性碳纳米管分离。使用本发明方法得到的半导体性碳纳米管和金属性碳纳米管的纯度高，可以大大提高使用半导体性碳纳米管的集成电路的产品良率。本发明方法简单易行，成本低廉，可以大大降低高纯度碳纳米管的制造成本。
文档编号B82Y40/00GK102320592SQ20111024808
公开日2012年1月18日 申请日期2011年8月26日 优先权日2011年8月26日
发明者张卫, 王鹏飞 申请人:复旦大学