单根铜纳米线在超高悬空微动电极上的微滴定介电泳装配研究

研究单纳米线拉伸动态特性及原子链拉伸的制造,掌握其在拉伸状态下的动态特性变化和单原子链状态下的特殊性质以向原子器件制造方向发展,是目前纳米科学的前沿研究课题之一.但目前没有一套有效的方案来实现将单根纳米线置于可拉伸的微动机构上进行拉伸,制约了该方向的发展.本文借助微电子机械系统(MEMS)技术制造的纳米线拉伸特殊微动机构芯片进行研究,并针对特殊微动芯片悬空电极极度超高且亲水性好,而无法依靠常规介电泳工艺实现纳米线装配的特殊难题,使用了六甲基二硅氮烷进行了疏水处理的方式解决.同时研制出了特殊的微滴定介电泳实验平台与技术工艺,实现单根纳米线在极超高微电极上的有效精确装配,为最终实现纳米线的拉伸及原子链拉伸制造研究迈出最关键的一步.为了指导微滴定介电泳装配单根纳米线的实验,利用有限元方法对微滴定介电泳进行了仿真计算与分析.     

面向SWCNT-FET制造的介电泳装配技术

针对单壁碳纳米管(SWCNT)场效应晶体管(FET)制造过程中面临的SWCNT装配问题,采用介电泳技术实现SWCNT在微电极上的有效装配.对SWCNT在非均匀电场中所受到的介电泳力进行了相关理论分析,利用COMSOL多物理场耦合软件模拟了介电泳驱动电场,并做了大量装配实验,获得了高效装配SWCNT所需的实验参数.AFM扫描观测及电特性测试验证了这种方法的有效性,同时也为其他一维纳米材料纳电子器件的装配制造提供了借鉴.     

SWCNT的脉冲气流定向排列及AFM操作

在利用单壁碳纳米管(SWCNT)进行各种纳电子器件阵列的制备过程中, SWCNT的定向排列及排列阵列中部分金属性SWCNT的电特性改性是关键环节之一. 提出并采用基片下倾脉冲气流定向排列方法, 实现了SWCNT的可控定向排列, 初步实验表明84%的SWCNT排列方向与脉冲气流方向相差在-15°~15°内; 然后利用改造后的原子力显微镜(AFM)纳米操作系统对定向排列后的单根SWCNT进行了各种操作, 实现了Y型SWCNT的分离、SWCNT端部催化剂颗粒的去除、SWCNT上连续纳米纽结(buckles)的制造及拉断等工作, 从而为实现SWCNT尺寸与形状的控制及其电特性的改性提供了一条可行途径.     

SWCNT场效应晶体管的介电泳装配与制造

在基于单壁碳纳米管(SWCNT)的纳电子器件或系统制备过程中, SWCNT场效应晶体管(SWCNT FET)作为最基本的构成元件, 如何进行其可控装配与制造成为了关键课题. 为此, 在利用十二烷基硫酸纳(SDS)辅助超声分散SWCNT及离心去除杂质的基础上, 针对所设计制作的背栅式FET微电极芯片, 采用介电泳驱动方法实现了SWCNT的可控均匀排布与装配. 排布与装配实验表明, SWCNT在电极间隙处具有很好的均匀定向排布与装配效果, 且沿电极宽度方向的排布密度与电泳持续时间、溶液浓度基本成正比. 经过初步漂洗及干燥, 再通过场效应特性改善处理, 烧断金属性SWCNT并进一步去除残留的SDS, 获得了良好的SWCNT FET场效应特性.