增强激光近场中化学气相沉积碳纳米管可控生长

若干年内微电子学的硅基技术将可能达到其应用极限。具有独特电、光、热等性能的碳纳米管（CNTs）将成为未来纳米电子器件的关键构件，制约其应用的最困难挑战之一是如何精确控制生长位置、方向和长度以及生成集成电路内连线。本项目提出一种在增强激光近场中进行局部加热和化学气相沉积（CVD）在室温下实现碳纳米管的生长位置、方向和长度精确可控方法，包括：1）建立碳纳米管自对准生长模型；2）提出利用飞秒激光加工的尖形电极的纳米尖端产生近场增强实现局部加热满足生长启动温度；3）提出增强激光近场辅助CVD实现碳纳米管室温下生长；4）提出通过布置电极和外加电场精确控制生长位置、方向和长度；5）提出利用电阻/手性特征采用电场/激光选择性烧蚀，控制其导体或半导体性质；6）提出把碳纳米管生长和集成电路内连线生成过程重合。本项目可很大提高碳纳米管性能和生长效率，并有助于未来基于碳纳米管的电子器件和集成电路的产业化。

碳纳米管具有独特的电子、机械、热学和光学特性，将成为未来新兴电子器件的关键构件，制约其应用的重要挑战在于如何实现碳纳米管的可控生长。为此，本项目建立了一套室温下生长位置、方向、直径、长度精确可控的激光辅助碳纳米管生长方法，具体包括：通过对碳纳米管生长模型的建立及仿真，揭示激光近场增强效应下碳纳米管生长时能场分布规律；加工电极尖端微细结构，激光照射电极尖端对其局部加热结合化学气相沉积方法在室温下实现碳纳米管生长；在生长过程中通过快速温度调制实现碳纳米管的直径控制；利用电阻特性采用激光辐射实现对半导体性质碳纳米管的选择性生长；通过过布置电极和外加不同极性的电场，精确控制生长位置、方向和长度；实验将碳纳米管的生长与生成电路基本元件-场效应晶体管的过程重合。此外，还进行了利用激光辐照碳纳米管生成石墨烯带结构的初步研究。本项目为高品质碳纳米管的生产提供了可能的技术手段，将有助于未来基于碳纳米管的电子器件和集成电路产业的发展。发表致谢本项目的SCI论文6篇，EI论文2篇，获得发明专利2项、申请1项。培养博士生2名，硕士生2名。