本發(fā)明屬于光電器件領(lǐng)域。具體地，本發(fā)明涉及一種用于制備碳納米管器件的方法。

背景技術(shù)：

1、碳納米管具有極高的載流子遷移率、結(jié)構(gòu)可調(diào)的能隙、寬的光響應(yīng)波長。相對于傳統(tǒng)的si基半導體器件，碳納米管電子器件的能效能夠提高一個數(shù)量級以上。理論計算表明基于碳納米管構(gòu)建的三維集成電路能效將超越現(xiàn)有硅基電路的1000倍，而且突破了傳統(tǒng)半導體材料電子器件和光子器件材料工藝不兼容的問題，因此被認為是后摩爾時代最理想的電子、光電子材料之一。實驗上已經(jīng)證明單個碳納米管器件性能超過同等柵長硅基器件。隨著分離技術(shù)的發(fā)展，超純半導體碳納米管、單一手性碳納米管甚至單一手性碳納米管鏡像體已經(jīng)實現(xiàn)了宏量制備，為碳基芯片的發(fā)展和應(yīng)用奠定了重要的材料基礎(chǔ)。

2、類似于傳統(tǒng)半導體器件制備，光刻是碳納米管器件制造中最核心的工藝。光刻過程是通過紫外光、電子束、離子束、x射線等對旋涂在器件襯底上的光刻膠照射或輻射改性，使其在顯影液中的溶解度發(fā)生變化，從而實現(xiàn)細微圖形加工作業(yè)。然而光刻膠的主要成份通常是各種聚合物分子，這些聚合分子與疏水的碳納米管表面具有很強的相互作用，很難去除，從而殘留在碳納米管表面，大幅增加了碳納米管與碳納米管，以及碳納米管與金屬電極之間的接觸電阻，導致碳納米管器件性能的降低，限制了碳納米管在光電子器件等領(lǐng)域的應(yīng)用。

3、如何有效地去除光刻工藝中殘留在碳納米管表面的光刻膠是實現(xiàn)其高性能電子、光電子器件應(yīng)用的一項關(guān)鍵技術(shù)。當前對于碳納米管器件制備過程中殘留的光刻膠去除的報道很少。

4、因此，目前急需一種能夠簡單且完全去除光刻工藝中所引入的光刻膠的方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種用于制備碳納米管器件的方法，該方法能夠在碳納米管器件的制備過程中，既簡單又完全去除光刻膠在碳納米管表面的殘留。

2、本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。

3、本發(fā)明提供一種用于制備碳納米管器件的方法，其包括以下步驟：

4、(1)將碳納米管分散液沉積到襯底上，以形成碳納米管薄膜；

5、(2)在所述碳納米管薄膜上形成犧牲層；

6、(3)在所述犧牲層上形成光刻膠層；

7、(4)對所述光刻膠層進行光刻顯影以獲得期望的圖案；

8、(5)去除由于光刻膠層在顯影后而暴露的犧牲層；

9、(6)在步驟(5)獲得的結(jié)構(gòu)上形成電極層；

10、(7)去除步驟(6)獲得的結(jié)構(gòu)中剩余的光刻膠層，以使得位于所述剩余的光刻膠層之上的電極層一起被去除；

11、(8)去除步驟(7)獲得的結(jié)構(gòu)中剩余的犧牲層，以得到期望的碳納米管器件；

12、其中，所述犧牲層由金屬和/或金屬氧化物構(gòu)成。

13、本技術(shù)的發(fā)明人出乎意料地發(fā)現(xiàn)，在碳納米管器件制造過程中，通過在碳納米管薄膜表面沉積作為犧牲層的金屬或其氧化物層，隨后在犧牲層上面旋涂光刻膠以避免光刻膠與碳納米管直接接觸，在顯影后，利用堿性溶液或酸性溶液可以容易地去除作為犧牲層的金屬或金屬氧化物層，避免了光刻工藝中光刻膠在碳納米管表面的殘留。

14、優(yōu)選地，在本發(fā)明所述的方法中，所述金屬選自al、zn、fe、co、ni、v和cr中的一種或幾種。

15、優(yōu)選地，在本發(fā)明所述的方法中，所述金屬氧化物選自al2o3、zno、vo2、cr2o3、fe2o3、coo和ni2o3中的一種或幾種。

16、優(yōu)選地，在本發(fā)明所述的方法中，所述犧牲層的厚度為1-100nm。

17、優(yōu)選地，在本發(fā)明所述的方法中，所述步驟(5)中的去除由于光刻膠層在顯影后而暴露的犧牲層以及所述步驟(8)中的去除步驟(7)獲得的結(jié)構(gòu)中剩余的犧牲層各自獨立地通過酸性溶液或堿性溶液對犧牲層進行溶解而進行。

18、優(yōu)選地，在本發(fā)明所述的方法中，所述酸性溶液選自鹽酸溶液、硫酸溶液、硝酸溶液、乙酸溶液、檸檬酸溶液、枸椽酸溶液、羧酸溶液、磺酸溶液、亞磺酸溶液、蘋果酸溶液或者過氧化氫溶液。

19、優(yōu)選地，在本發(fā)明所述的方法中，所述堿性溶液選自naoh水溶液、koh水溶液、四甲基氫氧化銨水溶液、四丁基氫氧化銨水溶液、碳酸鈉水溶液，碳酸氫鈉水溶液或者氨水。

20、優(yōu)選地，在本發(fā)明所述的方法中，所述步驟(3)中的在所述犧牲層上形成光刻膠層通過旋涂、滴涂、靜置或提拉進行。

21、優(yōu)選地，在本發(fā)明所述的方法中，所述光刻膠選自負性光刻膠、正性光刻膠、深紫外光刻膠、極紫外光刻膠、電子束光刻膠、x射線光刻膠、離子束光刻膠和納米壓印光刻膠中的一種或幾種。

22、優(yōu)選地，在本發(fā)明所述的方法中，所述負性光刻膠為環(huán)化橡膠型光刻膠或肉桂酸酯光刻膠。

23、優(yōu)選地，在本發(fā)明所述的方法中，所述正性光刻膠為酚醛樹脂。

24、優(yōu)選地，在本發(fā)明所述的方法中，所述電子束光刻膠為聚甲基丙烯酸甲酯及其衍生物、聚(烯烴-砜)類。

25、優(yōu)選地，在本發(fā)明所述的方法中，所述顯影所采用的顯影液選自二甲苯、氫氧化鉀水溶液、四甲基氫氧化銨(tmah)水溶液、四丁基氫氧化銨水溶液和乙酸正丁酯(nba)中的一種或幾種。

26、優(yōu)選地，在本發(fā)明所述的方法中，所述步驟(1)中的將碳納米管分散液沉積到襯底上通過靜置、旋涂、滴涂或提拉進行。

27、優(yōu)選地，在本發(fā)明所述的方法中，所述碳納米管薄膜為網(wǎng)絡(luò)薄膜或取向薄膜。

28、優(yōu)選地，在本發(fā)明所述的方法中，所述襯底為硬性襯底或柔性襯底。

29、優(yōu)選地，在本發(fā)明所述的方法中，所述硬性襯底選自硅、二氧化硅、石英、云母、砷化鎵、氮化鎵、碳化硅和藍寶石中的一種或幾種。

30、優(yōu)選地，在本發(fā)明所述的方法中，所述柔性襯底為聚對苯二甲酸乙二醇酯和/或聚乙烯。

31、優(yōu)選地，在本發(fā)明所述的方法中，所述步驟(2)中的在所述碳納米管薄膜上形成犧牲層通過熱蒸發(fā)、原子層沉積、電鍍、化學鍍、磁控濺射、熱氧化、分子束外延、電子束蒸發(fā)或脈沖激光沉積進行。

32、優(yōu)選地，在本發(fā)明所述的方法中，所述碳納米管分散液包含碳納米管、分散劑和溶劑。

33、優(yōu)選地，在本發(fā)明所述的方法中，所述碳納米管為未功能化碳納米管或功能化碳納米管。

34、優(yōu)選地，在本發(fā)明所述的方法中，所述碳納米管為分離純化后的金屬性碳納米管、半導體碳納米管、單一手性碳納米管或其混合物。

35、在本發(fā)明的具體實施方案中，碳納米管種類為不同方法生長合成的碳納米管，可以是未功能化碳納米管，也可以是功能化碳納米管，可以是分離純化后的金屬性碳納米管、半導體碳納米管、單一手性碳納米管，甚至單一手性碳納米管鏡像體，其管徑范圍可以為0.6～5.0納米。在一種優(yōu)選的實施方式中，所述碳納米管為商業(yè)化的comocat、hipco、等離子制備的碳納米管(plasma)、電弧放電法制備的碳納米管(arc-discharge)、激光燒蝕法制備的碳納米管等，以及其他化學氣相沉積合成的碳納米管。

36、優(yōu)選地，在本發(fā)明所述的方法中，所述碳納米管的管徑為0.6～5.0nm。

37、優(yōu)選地，在本發(fā)明所述的方法中，所述分散劑選自表面活性劑、有機聚合物或者dna分子。

38、優(yōu)選地，在本發(fā)明所述的方法中，所述表面活性劑選自十二烷基硫酸鈉、正十六烷基硫酸鈉、辛烷基硫酸鈉、癸烷基硫酸鈉、膽酸鈉、水合膽酸鈉、脫氫膽酸鈉、脫氧膽酸鈉、豬去氧膽酸鈉和石膽酸鈉中的一種或幾種。

39、優(yōu)選地，在本發(fā)明所述的方法中，所述有機聚合物選自聚[9-(1-辛基壬基)-9h-咔唑]、聚[(9，9-二辛基芴-2,7-二基)-共-聯(lián)吡啶](pfo-bpy)、聚[(9,9-二辛基咔唑-2,7-二基)-聯(lián)吡啶(pcbp)、聚(9,9-二辛基芴-2,7-二基)(pfo)、聚(9,9-二辛基芴-共苯并噻二唑)(f8bt)、聚(9,9-二辛基芴-2,7-二基-alt-吡啶-2,6-二基)(pfp)、聚(9,9-二辛基咔唑-2,7-二基-alt-吡啶-2,6-二基)(pcp)和pfiid中的一種或幾種。

40、優(yōu)選地，在本發(fā)明所述的方法中，所述溶劑為無機溶劑、有機溶劑或其混合物。

41、優(yōu)選地，在本發(fā)明所述的方法中，所述溶劑為水或者甲苯。

42、本發(fā)明具有以下有益效果：

43、本發(fā)明的方法在光刻過程中通過引入犧牲層，實現(xiàn)了光刻膠與碳納米管的分離，避免了光刻膠直接接觸碳納米管表面，防止了光刻膠在碳納米管表面的殘留，而且犧牲層的去除與光刻工藝兼容，因此本發(fā)明的方法簡單、高效，具有較強的產(chǎn)業(yè)化前景。

44、本發(fā)明制備得到的碳納米管器件能夠充分發(fā)揮其本征光電性能，促進碳納米管在高性能光電器件方面的應(yīng)用。同時，本發(fā)明的方法還適用于不同光刻膠和不同方法制備的不同結(jié)構(gòu)的碳納米管原材料，具有普適性。