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半导体型单壁碳纳米管(s-SWCNTs)因其独特的电学、光学、机械和热性能,在微纳米电子器件领域表现出很好的应用前景。由于分散过程简单、高效且高选择性,共轭聚合物选择性分散法成为目前分离高纯度s-SWCNTs的主要方法。高集成电路的实现要求碳管取向排列且具有高度均匀的密度和管间距,如何改善聚合物分散的电中性s-SWCNTs之间的缠绕聚集问题并实现SWCNTs取向薄膜的可控制备在很大程度上决定了其在电子领域的应用潜力。目前存在诸多用于表面活性剂分离的s-SWCNTs的取向排列的研究方法,但是现有的自组装方法很难实现电中性s-SWCNTs的大面积取向排列。本论文重点关注如何实现共轭聚合物PCz分离的高纯度s-SWCNTs的大面积连续取向排列,包括有机溶剂中PCz分离高纯度的s-SWCNTs,电中性s-SWCNTs表面电荷的修饰,“双液相”提拉法实现碳管的水平取向排列,基于碳纳米管取向薄膜的两端式电阻器和薄膜晶体管的制备。主要研究成果如下:1.通过电荷性稠环芳香分子实现PCz分离出的s-SWCNTs的表面电荷修饰。首先根据带电状态和分子构型对电荷修饰剂进行筛选,发现正电性的硫酸原黄素为最佳电荷修饰剂,氯仿为最佳分散溶剂。接下来分析了PFS和s-SWCNTs之间相互作用,结合吸收光谱、荧光光谱的变化,发现荧光性的PFS可以吸附到s-SWCNTs表面形成正电性的PFS-s-SWCNTs复合物,所获得的清洗后的PFS-s-SWCNTs分散液具有良好的稳定性和单分散性。最后根据s-SWCNTs的结构特点,研究了PFS在碳管表面的吸附分布,发现PFS倾向于吸附在碳管侧壁上,且正电性的PFS引入的管间静电斥力在碳管成膜过程中抵消了分子间范德华力,有效缓解了碳纳米管之间的缠绕聚集。2.发展了一种实现正电性的PFS-s-SWCNTs在基底表面水平取向排列的“双液相”提拉法,实现了取向薄膜中的PFS-s-SWCNTs沿基底提拉方向进行定向排列。结合偏振拉曼光谱对取向结构的评估,发现PFS-s-SWCNTs取向阵列的G带强度随着偏振角度的增加而出现单调递减的取向效应,显示出较优的取向度,偏离度在±15.2°左右。结合实验结果对取向成膜机理进行分析,发现引入的水封层是实现PFS-s-SWCNTs取向排列的关键因素,而管间静电斥力是实现PFS-s-SWCNTs取向阵列均匀管间距和良好取向度的保障。3.通过对提拉过程和基底尺寸的调控可以实现密度可控、取向良好、大面积连续均匀的PFS-s-SWCNTs取向阵列的可控制备,且取向覆盖度高于95%,有效取向面积的尺寸可达晶圆级(≥3英寸)。基于优化后的取向薄膜制备两端式电阻器件和晶体管器件,电阻器件在平行于取向方向的电阻值为1.74±0.02 MΩ,而垂直于取向方向上的电阻值高达10~7 MΩ,显示出高度的取向性和各向异性;且晶体管器件沿平行于取向方向的开关比均在10~4-10~5。