北大:高密度半导体型单壁碳纳米管水平阵列的空间约束CVD生长

碳艺

2021-09-28 09:18
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成果简介

具有高纯度半导体管的高密度水平排列单壁碳纳米管(SWNT)阵列是一种很有前途的节能电子材料。然而,通过直接生长的方法实现高密度和高半导体纯度仍然极具挑战性。本文,北京大学张锦院士团队在《Adv. Funct. Mater》期刊发表名为“Spatially Confined CVD Growth of High-Density Semiconducting Single-Walled Carbon Nanotube Horizontal Arrays”的论文,研究报道了通过在钛-浮动固体催化剂化学气相沉积(Ti-FSCCVD)中设置小于10 m的受限空间,发展了一种用于生长高密度、水平排列的SWNT阵列的空间受限策略。

气相中的催化剂纳米颗粒在受限空间中与衬底发生碰撞的几率较大,有利于纳米颗粒的沉积,以实现小颗粒尺寸和良好均匀性。此外,有限的空间还有助于捕获碳原料,以获得更高的分解和SWNT的生长效率。实验结果显示,在石英衬底上获得了每微米高达65个SWNT的高密度SWNT阵列。此外,钛基催化剂TiC或TiO由于其稳定的晶体结构和氧空位的存在,促进了半导体管的生长,半导体纯度高于95%,局部高达99.8%。通过更精确的催化剂设计,将更接近实现高密度、高半导体纯度的水平排列的SWNT阵列的目标,从而为碳纳米管在微纳电子领域的应用奠定材料基础。


图文导读

图1、高密度单壁碳纳米管阵列的增长


图2、密闭空间中高密度单壁碳纳米管阵列的生长机制


图3、催化剂纳米颗粒的 TEM 特性。


图4、高密度 SWNT 阵列的特性。

文献:

https://doi.org/10.1002/adfm.202106643

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