2.4 快速加热法制备SWNTs平行阵列 10

3 快速加热法工艺的确定 12

3.1 氧化阶段烧蚀程度的影响 12

3.2 还原阶段升温速度的影响 13

3.3 还原阶段还原时间的影响 15

3.4 CVD反应阶段升温速度的影响 16

3.5 CVD反应阶段气流量的影响 17

3.6 提高实验的可重复性 19

3.7 快速加热法工艺的确定 22

结论 23

致谢 24

参考文献 25

1 引言

1.1 研究目的和意义

 本次研究的目的就是以纳米Cu为催化剂，利用快速加热的方法通过CVD反应，在Si／SIOx基板上直接制备出密度达到10/100um,长度达到毫米量级的单壁碳纳米管（single-walled carbon nanotubes,SWNTs）平行阵列，最终制定出与纳米Cu催化剂相适应的快速加热的工艺。

在快速加热法出现以前，制备平行阵列是在单晶片上利用晶格诱导制备出来的，主要是在石英片或者蓝宝石上进行。然而要利用SWNTs构造电子元器件，必须把SWNTs转移到硅片上，转移的过程需要进行一系列的纯化和分散处理，整个处理过程不仅麻烦耗时，最重要的是很容易引入污染，并且会对SWNTs造成损坏，改变其手性，这对SWNTs的利用是很不利的[1]。如果能够利用快速加热法在硅片上直接制备出SWNTs平行阵列，这对SWNTs的实际应用将会很有帮助。不仅避免了前者转移的麻烦过程，更重要的是这与现代以硅半导体为主流的信息电子材料是很兼容的。如果技术进一步发展，在硅片上直接制备SWNTs阵列的同时，能够任意调控它的分布和形状，为构造复杂电路服务，那将是很大的进步。

同时，SWNTs的平行长阵列可以通过切割的方法获得所需要的阵列长度，这样的话便有望实现SWNTs平行阵列的批量化生产，也就是一批次的平行阵列可以通过切割的方法获得多个平行阵列，有望为今后的SWNTs的实际应用迈出实质性的一步。文献综述

1.2 单壁碳纳米管简介

碳纳米管（carbon nanotubes,CNTs）是由一层或者多层石墨片层按照一定螺旋角卷曲而成的、直径为纳米量级的无缝管。仅由一层石墨片层卷曲而成的成为单壁纳米碳管,而由多层不同直径的SWNTs以同一轴线套装起来的称为多壁碳纳米管（multi-walled carbon nanotubes,MWNTs）。结构如图1.2所示：

根据螺旋角θ的不同，SWNT可以分为三种类型：θ=0°时，碳管为呈锯齿型，θ=30°时，碳管呈螺旋型，0°<θ<30°时，碳管呈扶手椅型。尽管关于CNT的发现权至今存在争议，不过因为1991年日本的NEC公司的Sumio Iijima[2]在Nature上率先发表论文，声称在高分辨透射电子显微镜（HRTEM）下发现了CNT的结构，所以普遍认为Iijima是CNT的发现者。并且，1993年Iijima[3]和IBM公司的Bethune[4]等人利用电弧放电的方法，率先制备出了SWNT，至此人们对SWNTs的研究兴趣从未减弱过。

虽然自从2004年石墨烯[5]被发现后，对SWNTs的应用产生了严峻的挑战，不过相对于石墨烯，SWNTs在高速载流子迁移率方面的优势依然是无法超越的[6，7]，如表1.2所示，因此在高频电子设备中的潜在应用是不容挑战的。

 表1.2

1.3 国内外研究现状

1.3.1 快速加热法制备SWNTs平行阵列研究进展