專利名稱：一種分離不同導(dǎo)電性能的碳納米管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種對(duì)不同導(dǎo)電性能的碳納米管材料進(jìn)行分離的方法。
背景技術(shù)：
隨著集成電路的發(fā)展，基于硅材料的晶體管的繼續(xù)縮小日益困難。半導(dǎo)體性碳納米管由于具有小體積和電導(dǎo)率高的特點(diǎn)，在集成電路制造中具有很高的應(yīng)用價(jià)值，而且由半導(dǎo)體性碳納米管組成的場(chǎng)效應(yīng)管可以實(shí)現(xiàn)類似金屬一氧化物一硅 (metal-oxide-silicon, M0S)場(chǎng)效應(yīng)管的功能。圖1是一個(gè)碳納米管場(chǎng)效應(yīng)管，柵極101 和半導(dǎo)體性碳納米管104之間有一層絕緣體進(jìn)行絕緣，通過(guò)對(duì)柵極101施加電壓，源極102 和漏極103之間的電流大小可以被控制。此外，金屬性質(zhì)的碳納米管材料由于具有較低的電阻值可以被應(yīng)用的到芯片的互連中。目前，在半導(dǎo)體性碳納米管的制造過(guò)程中，往往伴隨著金屬性碳納米管的產(chǎn)生。當(dāng)圖1中的半導(dǎo)體性碳納米管104被金屬性碳納米管取代后，這個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的源極和漏極之間的電流是不受柵極的電壓所控制的，也就是說(shuō)，這個(gè)由金屬性碳納米管構(gòu)成的場(chǎng)效應(yīng)管是失效的。因此，半導(dǎo)體性碳納米管和金屬性碳納米管的分離對(duì)制造場(chǎng)效應(yīng)管是至關(guān)重要的。參閱中國(guó)專利申請(qǐng)第200580(^6051. 0號(hào)，目前分離半導(dǎo)體性碳納米管和金屬性碳納米管的方法通常是離心分離，采用表面活性劑吸附碳納米管，使不同特性的碳納米管在吸附后的重量發(fā)生變化，然后再離心提純。這種方法需要使用特殊的表面活性劑和長(zhǎng)時(shí)間的離心提純工序，價(jià)格昂貴，同樣也就不易于大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明將此專利所記載的內(nèi)容作為現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行引用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種簡(jiǎn)單易行、成本低廉的分離不同導(dǎo)電性能的碳納米管材料的方法。本發(fā)明提出的分離不同導(dǎo)電性能的碳納米管材料的方法，具體步驟如下
a)將集成電路材料浸泡在液體中，所述集成電路材料為至少包含金屬性碳納米管、半導(dǎo)體性碳納米管的混合材料；
b)將所述液體倒入一容器中；
C)在所述容器的四周設(shè)置一個(gè)電場(chǎng)和一對(duì)形成磁力線與所述電場(chǎng)相垂直的磁極，所述一對(duì)磁極的磁力線和電場(chǎng)的電力線都穿過(guò)所述容器；
d)變換電場(chǎng)的電力線方向和大小以及磁力線的方向和大小，所述集成電路材料在所述容器中受到變換的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的作用，而使金屬性碳納米管與半導(dǎo)體性碳納米管分離；
e)分別收集分離開(kāi)的集成電路材料(包括分離開(kāi)的金屬性碳納米管與半導(dǎo)體性碳納米管)。
本發(fā)明中，所述的一對(duì)磁極產(chǎn)生的磁場(chǎng)為永久磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)，其強(qiáng)度為 0. 00001 — 10 特斯拉。本發(fā)明中，所述碳納米管主要為半導(dǎo)體性碳納米管、金屬性碳納米管、以及單原子層碳納米管等。本發(fā)明的制備方法所具有的有益效果是用簡(jiǎn)單可靠的方法將金屬性碳納米管和半導(dǎo)體性碳納米管分離開(kāi)來(lái)。由于這種方法直接利用了金屬性碳納米管和半導(dǎo)體性碳納米管在特殊磁場(chǎng)中具有不同電導(dǎo)率的特點(diǎn)，因此分離技術(shù)的選擇性高，分離后材料的純度也比現(xiàn)有技術(shù)能得到的純度高。


圖1是基于半導(dǎo)體性碳納米管的場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明的集成電路材料制備方法的示意圖。圖3是本發(fā)明的集成電路材料制備過(guò)程中碳納米管的微環(huán)境示意圖。圖4是圖2中在一對(duì)磁極產(chǎn)生的磁場(chǎng)中電場(chǎng)交變運(yùn)動(dòng)之后碳納米管移動(dòng)的具體實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明
圖2是本發(fā)明的碳納米管分離方法的示意圖，即如何分離金屬性碳納米管和半導(dǎo)體性碳納米管的方法的示意圖，其中，碳納米管205為多根金屬性碳納米管中的一根，碳納米管 206為多根半導(dǎo)體性碳納米管中的一根。上述這些碳納米管被浸泡在容器210中的液體中。 磁極201是N極或者S極，而磁極202為S極或者N極。這樣，磁極201與磁極202這兩個(gè)相對(duì)的磁極構(gòu)成了一個(gè)磁場(chǎng)。磁力線211-a，211-b，211-c，211-d表示所述磁極201和磁極 202之間的磁力線。相對(duì)垂直于磁力線211-3，211-13，211-(；，211-(1的電力線212-3，212-13， 212-c，212-d有一對(duì)電極203和電極204所產(chǎn)生。其中電極203和204極性相反。上述的一對(duì)磁極和一對(duì)電極都設(shè)置在容器210的四周。當(dāng)電極203與電極204之間的電場(chǎng)進(jìn)行交變，即原來(lái)的正極逐漸變?yōu)樨?fù)極，同時(shí)原來(lái)的負(fù)極變?yōu)檎龢O的過(guò)程中，金屬性碳納米管205的兩端會(huì)相應(yīng)感應(yīng)出電荷，而納米管內(nèi)部會(huì)有電流通過(guò)。圖3給出了圖2中所示碳納米管205所處的微環(huán)境。力線311-a與311-b 代表著磁場(chǎng)的方向。電極203帶正電，電極204帶負(fù)電。碳納米管兩端會(huì)感生出電荷。當(dāng)電極203改變?yōu)閹ж?fù)電而電極204改變?yōu)閹д姇r(shí)，電流會(huì)流過(guò)碳納米管。因?yàn)榻饘傩蕴技{米管的電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于半導(dǎo)體碳納米管的電阻，流過(guò)金屬性碳納米管的電流會(huì)大于半導(dǎo)體碳納米管的電流。在圖2中，當(dāng)通過(guò)碳納米管205和碳納米管206的電流與磁極201和202 之間的磁力線存在一定夾角時(shí)，會(huì)產(chǎn)生洛侖茲力。該洛侖茲力會(huì)導(dǎo)致碳納米管移動(dòng)。由于通過(guò)金屬性碳納米管205的電流比通過(guò)半導(dǎo)體性碳納米管206的電流大，碳納米管205的移動(dòng)速度就比碳納米管206的移動(dòng)速度大，也就是說(shuō)，在相同的時(shí)間內(nèi)，碳納米管205的移動(dòng)距離比碳納米管206的移動(dòng)距離長(zhǎng)。因?yàn)橐苿?dòng)距離的不同，金屬性碳納米管和半導(dǎo)體性碳納米管就可以得到分離。圖4是圖2中在交變電場(chǎng)中碳納米管移動(dòng)的示意圖。該圖指出了在電場(chǎng)和磁場(chǎng)同步交變后碳納米管所處位置。比如，在磁場(chǎng)和電場(chǎng)同步交變之后，金屬性碳納米管由碳納米管205所處的位置，移動(dòng)到了金屬性碳納米管401所處的位置。由于半導(dǎo)體性碳納米管的移動(dòng)很慢，在移動(dòng)磁極201與202之后，半導(dǎo)體性碳納米管從碳納米管206處在的位置，移動(dòng)到了半導(dǎo)體性碳納米管402所處的位置。在進(jìn)行多次電場(chǎng)和磁場(chǎng)交變之后，金屬性碳納米管就可以被集中地分離到容器的一端并被收集，從而可以將其與半導(dǎo)體性的碳納米管分離。本發(fā)明未窮舉實(shí)施例，例如還可以使磁極201和磁極202往復(fù)交變，而使磁極201、 202的極性或電極203、204的極性按磁極201和磁極202變化規(guī)律同時(shí)對(duì)調(diào)即可。也可以采用電磁鐵來(lái)替代永磁體的磁極，因此只需改變電流方向即實(shí)現(xiàn)可對(duì)調(diào)磁極的極性。利用本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理，還可以分離包含半導(dǎo)體性碳納米管、金屬性碳納米管、以及單原子層碳的集成電路材料。
權(quán)利要求
1.一種分離不同導(dǎo)電性能的碳納米管的方法，其特征在于具體步驟如下a)將集成電路材料浸泡在液體中，所述集成電路材料為至少包含金屬性碳納米管、半導(dǎo)體性碳納米管的混合材料；b)將所述液體倒入一容器中；c)在所述容器的四周設(shè)置一個(gè)電場(chǎng)和一對(duì)形成磁力線與所述電場(chǎng)相垂直的磁極，所述一對(duì)磁極的磁力線和電場(chǎng)的電力線都穿過(guò)所述容器；d)變換電場(chǎng)的電力線方向和大小以及磁力線的方向和大小，所述集成電路材料在所述容器中受到變換的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的作用，從而使金屬性碳納米管與半導(dǎo)體性碳納米管分離；e)分別收集分離開(kāi)的集成電路材料。
2.如權(quán)利要求1所述的分離不同導(dǎo)電性能的碳納米管材料的方法，其特征在于所述一對(duì)磁極產(chǎn)生的磁場(chǎng)為永久磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)，其強(qiáng)度為0. 00001 - 10特斯拉。
全文摘要
本發(fā)明屬于集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種分離不同導(dǎo)電性能的碳納米管的方法。本發(fā)明方法包括，將含有金屬性碳納米管和半導(dǎo)體性碳納米管的集成電路材料浸泡在液體中，然后將液體從同一個(gè)入口進(jìn)入同一個(gè)容器，在所述容器的四周設(shè)置一個(gè)電場(chǎng)和一對(duì)形成磁力線與所述電場(chǎng)相垂直的磁極；變換電場(chǎng)的電力線方向和大小以及磁力線的方向和大小，使金屬性碳納米管與半導(dǎo)體性碳納米管分離。使用本發(fā)明方法得到的半導(dǎo)體性碳納米管和金屬性碳納米管的純度高，可以大大提高使用半導(dǎo)體性碳納米管的集成電路的產(chǎn)品良率。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單易行，成本低廉，可以大大降低高純度碳納米管的制造成本。
文檔編號(hào)B82Y40/00GK102320592SQ20111024808
公開(kāi)日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月26日
發(fā)明者張衛(wèi), 王鵬飛 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)