一種制備高取向性石墨烯納米結(jié)構(gòu)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于先進(jìn)半導(dǎo)體材料和結(jié)構(gòu)制造技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，涉及一種制備高取向性石墨烯納米結(jié)構(gòu)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳納米結(jié)構(gòu)在電子器件、能源、環(huán)境等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。其中，有序碳納米結(jié)構(gòu)比如石墨烯，碳納米管，富勒烯等結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期受到廣泛的研究并在廣泛的領(lǐng)域已經(jīng)獲得了應(yīng)用。但是，將這些納米材料和結(jié)構(gòu)應(yīng)用于半導(dǎo)體器件仍然存在一定的困難。其中，最重要的一點(diǎn)是納米結(jié)構(gòu)的定點(diǎn)可控制備。由于這些納米材料和結(jié)構(gòu)的特征尺度都在納米級(jí)別，通常將其制備好后如果要將其按照既定的取向定位于襯底上的某一個(gè)位置是比較困難的，所以現(xiàn)在部分研究者在尋找直接在襯底上定點(diǎn)制備這些納米材料的方法。比如，先利用光刻的方法在襯底上定義催化劑的位置，之后進(jìn)行生長(zhǎng)工藝以使得納米材料和結(jié)構(gòu)只在有催化劑的位置進(jìn)行生長(zhǎng)。這一方法實(shí)際上仍然難以獲得良好的可控性，因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)基于單個(gè)或者可控個(gè)數(shù)的納米結(jié)構(gòu)的器件制備需要非常嚴(yán)格的控制制備工藝參數(shù)。雖然這一方法可以在實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)條件控制獲得，但是實(shí)際的制備比較困難。為此，實(shí)現(xiàn)高精度的碳納米結(jié)構(gòu)制備是有顯著的實(shí)際意義的。
[0003]電子束、離子束等粒子束加工方法是目前能夠良好實(shí)現(xiàn)納米級(jí)別定位精度的方法，特別是電子束方法具有更高的定位精度，可以實(shí)現(xiàn)材料的輻照以進(jìn)行缺陷修復(fù)和材料淀積。比如，電子束誘導(dǎo)的材料淀積可以用于高精度制備納米結(jié)構(gòu)和材料，電子束輻照刻蝕可以實(shí)現(xiàn)材料的表面加工等等。其中，電子束誘導(dǎo)的材料淀積一般只能用于非晶材料的制備，而電子束輻照刻蝕一般只能基于原材料進(jìn)行修飾。在基于電子束技術(shù)的碳材料制備中，電子束誘導(dǎo)的材料淀積可以獲得非晶碳結(jié)構(gòu)，結(jié)合電子束輻照刻蝕后可以促進(jìn)其晶化?；陔娮邮椪站Щ脑?，輻照過程一般是各項(xiàng)同性的，因此普通的電子束輻照和刻蝕可以獲得類似于富勒烯的各項(xiàng)同性結(jié)構(gòu)，但是無法獲得具有各項(xiàng)異性結(jié)構(gòu)的材料，比如較大尺寸的石墨烯結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題:本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種制備高取向性石墨烯納米結(jié)構(gòu)的方法，可以獲得高取向性的石墨烯納米結(jié)構(gòu)。
[0005]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例提供以下技術(shù)方案:
一種高取向性石墨稀納米結(jié)構(gòu)的制備方法，該方法包括以下步驟:
步驟10)在襯底表面制備非晶碳納米線，所述的非晶碳納米線為含碳的有機(jī)物材料制成；
步驟20)對(duì)非晶碳納米線施加拉伸應(yīng)力，并且進(jìn)行電子束輻照，輻照能量小于非晶碳納米線材料的表面濺射能量閾值，且小于非晶碳納米線材料的體刻蝕閾值，輻照時(shí)間為5-200分鐘，從而制得沿著應(yīng)力或者應(yīng)變方向取向的高取向性石墨烯納米結(jié)構(gòu)。
[0006]作為優(yōu)選例，所述的非晶碳納米線在電子束輻照強(qiáng)度下，至少在5分鐘內(nèi)非晶碳納米線材料不分解。
[0007]作為優(yōu)選例，所述的電子束輻照能量為使非晶碳納米線材料表面碳原子產(chǎn)生濺射的電子束能量閾值的20%_80%。
[0008]作為優(yōu)選例，所述的對(duì)非晶碳納米線施加拉伸應(yīng)力是指:使用熱致伸縮、聲致伸縮、光致伸縮、電致伸縮或者磁致伸縮的間接應(yīng)力、應(yīng)變加載方式，或者直接施加應(yīng)力、應(yīng)變加載的方式，對(duì)非晶碳納米線施加拉伸應(yīng)力。
[0009]作為優(yōu)選例，所述的對(duì)非晶碳納米線施加拉伸應(yīng)力時(shí)，施加的拉伸應(yīng)力低于非晶碳納米線的斷裂極限，且輻照過程中，由于應(yīng)力釋放導(dǎo)致的非晶碳納米線沿長(zhǎng)度方向產(chǎn)生的應(yīng)變大于0.001%。
[0010]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)施例的制備方法具有以下優(yōu)點(diǎn):
1.可以實(shí)現(xiàn)高取向性石墨烯納米結(jié)構(gòu)的制備。雖然常規(guī)方法可以實(shí)現(xiàn)有序結(jié)構(gòu)的制備，比如富勒烯等結(jié)晶材料，但是一般只能獲得各項(xiàng)同性結(jié)構(gòu)的材料，材料不具有特定的取向性。而本發(fā)明的制備方法可以獲得具有高取向性的石墨烯納米結(jié)構(gòu)。同時(shí)，本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單，制備效率高。本發(fā)明的制備方法不需要?dú)庠?、管式爐、真空控制設(shè)備，以及嚴(yán)格控制的制備流程。本方法使用簡(jiǎn)單的應(yīng)力加載下的電子束輻照技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)石墨烯取向結(jié)構(gòu)的制備。同時(shí)，采用常規(guī)方法制備石墨烯納米結(jié)構(gòu)需要數(shù)小時(shí)，而采用本發(fā)明的方法制備一根取向性石墨烯納米結(jié)構(gòu)通常小于一小時(shí)，時(shí)間較短，制備效率高。
[0011]2.可以實(shí)現(xiàn)高精度定點(diǎn)制備?；陔娮邮庸さ母呖臻g分辨率，結(jié)合電子束的成像功能可以實(shí)現(xiàn)電子束的高精度定位。定位后進(jìn)行加工則可以實(shí)現(xiàn)高精度的定點(diǎn)加工制備碳納米結(jié)構(gòu)。
[0012]3.可以通過調(diào)節(jié)施加應(yīng)力或者應(yīng)變的方向來獲得沿著特定的、所需要方向取向的高取向性石墨烯結(jié)構(gòu)。目前，其他方法比如化學(xué)氣相沉積只能獲得平行于襯底表面取向石墨烯，但是本實(shí)施例的方法可以使用改變施加的應(yīng)力或者應(yīng)變的方向，來獲得沿著不同方向取向的石墨稀結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明實(shí)施例步驟10)中，襯底和非晶碳納米線的俯視圖；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例步驟10)中，襯底和非晶碳納米線的正視圖；
圖3是本發(fā)明實(shí)施例步驟20)中，電子束與非晶碳納米線的位置示意圖，圖中箭頭表示應(yīng)力或者應(yīng)變的施加方向；
圖4是本發(fā)明實(shí)例中納米線的TEM照片；
圖5是本發(fā)明實(shí)例中納米結(jié)構(gòu)的伸長(zhǎng)量隨著輻照時(shí)間的變化線條圖；
圖6是本發(fā)明實(shí)例中有機(jī)非晶納米線隨著輻照時(shí)間的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化的電子顯微圖片。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0015]本發(fā)明實(shí)施例的一種高取向性石墨烯納米結(jié)構(gòu)的制備方法，該方法包括以下步驟: 步驟10)在襯底表面制備非晶碳納米線。
[0016]作為優(yōu)選例，如圖1和圖2所示，在襯底4的頂面通過兩片金屬電極3固定非晶碳納米線2。所述的非晶碳納米線2為含碳的有機(jī)物材料制成。非晶碳納米線在電子束輻照強(qiáng)度下，至少在5分鐘內(nèi)非晶碳納米線材料不分解。
[0017]步驟20)對(duì)非晶碳納米線施加拉伸應(yīng)力，并且進(jìn)行電子束輻照，輻照能量小于非晶碳納米線材料的表面濺射能量閾值，且小于非晶碳納米線材料的體刻蝕閾值，輻照時(shí)間為5-200分鐘，從而制得沿著應(yīng)力或者應(yīng)變方向取向的高取向性石墨烯納米結(jié)構(gòu)。
[0018]對(duì)非晶碳納米線施加拉伸應(yīng)力的方式有多種。使用熱致伸縮、聲致伸縮、光致伸縮、電致伸縮或者磁致伸縮的間接應(yīng)力、應(yīng)變加載方式，或者直接施加應(yīng)力、應(yīng)變加載的方式，對(duì)非晶碳納米線施加拉伸應(yīng)力。施加的應(yīng)力或應(yīng)變是針對(duì)非晶碳納米線施加的。作為一優(yōu)選例，應(yīng)力或者應(yīng)變的施加可以通過加熱具有較大熱膨脹系數(shù)的襯底4進(jìn)行，也就是說，襯底4的熱膨脹系數(shù)大于非晶碳納米線2的熱膨脹系數(shù)。如圖3所示，對(duì)處于拉伸應(yīng)力或應(yīng)變狀況下的非晶