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利用雷射光幫碳奈米管分類

公告類型: 奈米新知
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單壁式碳奈米管(single-walled carbon nanotube, SWCNT)按結構不同可分為金屬性及半導體性兩種,剛生成的碳管通常是兩種碳管混在一起,而製作高效能電子元件卻需要使用純半導體管或純金屬管。最近,美國科學家發展出全新的方式來分離兩種碳管:使用特定波長的紅外雷射光束照射。此方式可製造出完全由半導體構成的SWCNT,用來製造高品質電子元件如電晶體等。

SWCNT基本上是捲起的石墨烯束,每束厚度均只有一個原子寬,依據捲曲的方向不同而具有金屬或半導體性。SWCNT很適合作為奈米級電子元件的基材,且因為體積較小又能承載大電流(電子遷移率超過104 cm2/V‧s),可望成為矽的完美替代品。半導體管可以用來製造優良的奈米級電晶體,但樣品中必須完全不含金屬管。純粹的金屬性碳管則可作為透明導線。

傳統化學氣相沉積法生成的SWCNT通常包含三分之二的半導體管以及三分之一的金屬管。儘管有數種方式可以分開兩種導管,但大多數都需使用化學製程,且須仰賴色譜法或離心法等技術。這類溶液製程會大幅影向碳管的電性,使其無法用來製造高效能裝置。

由伊利諾大學香檳分校的John Rogers領導的團隊日前研發出將半導體管分離出來的新方法,亦即將碳管曝露於波長2500 nm的紅外雷射光下。此光束能量低於大多數半導體管之能隙,而會使金屬管加溫。事實上,直徑同樣為1.4 nm,金屬管吸收的能量是半導體管的三倍。

加熱會在碳管上方的有機批覆層產生熱毛細流(thermocapillary flow),在金屬性碳管區形成開放的溝渠,研究人員再以反應式離子蝕刻移除這些曝露出來的金屬性碳管,只留下半導體性碳管。

此方法所取得的半導體管純度超過99.8%,而且自然排列成束狀,非常適合用於製作電晶體或其他電子元件。研究團隊目前計畫將純化後的奈米碳管束整合進高速電晶體中,並評估其效能。詳見近期出刊的ACS Nano | DOI:
10.1021/nn505566r


原始網站:https://nano.nchc.org.tw/index.php?apps=news&mod=welcome&action=show&gid=1004
譯者/譯者服務單位:洪士傑/奈米科學網特約譯者   責任編輯:蔡雅芝
發布日期: 2015/01/19
發布人員: 王芊樺