專利名稱：電子器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子器件，更具體地，涉及一種具有一種電極的電子器件，該電極適于通過化學(xué)氣相沉積法在其上沉積碳納米管。
背景技術(shù)：
碳納米管因其奇特的結(jié)構(gòu)和電性能而應(yīng)用于各種類型的電子器件。例如，它們可用于電子發(fā)射器、儲(chǔ)氫物質(zhì)、二次電池的陰極材料、催化劑和傳感器等領(lǐng)域。此外，正在研發(fā)碳納米管的其它應(yīng)用。
在利用碳納米管制造電子器件時(shí)，采用以粉末或漿料的形式利用碳納米管的方法，或者采用利用化學(xué)氣相沉積直接在基底上沉積碳納米管的方法。
在利用碳納米管粉末或漿料制造電子器件的方法中，對(duì)碳納米管進(jìn)行激光燒蝕或電弧放電，以獲得碳納米管粉末，將該碳納米管粉末與導(dǎo)電或非導(dǎo)電漿料進(jìn)行混合，然后進(jìn)行印刷。
在諸如選擇性沉積或排列的性能方面，采用漿料的方法不及使用化學(xué)氣相沉積的方法。因此，可以預(yù)見，采用化學(xué)氣相沉積的方法將廣泛用于制造電子器件。
代表性的化學(xué)氣相沉積方法是熱化學(xué)氣相沉積方法和等離子體化學(xué)氣相沉積方法。在低溫合成碳納米管方面，等離子體化學(xué)氣相沉積法優(yōu)于電場(chǎng)放電法或激光沉積法。熱化學(xué)氣相沉積法在大面積合成碳納米管和大量合成碳納米管方面有優(yōu)勢(shì)。
在以上化學(xué)氣相沉積方法中，甲烷(CH4)、乙炔(C2H2)或一氧化碳(CO)用作碳納米管沉積的反應(yīng)氣體。此反應(yīng)氣體與諸如氫氣(H2)或氨氣(NH3)的蝕刻氣體混合。
當(dāng)甲烷在利用高能等離子體的情形中用作反應(yīng)氣體時(shí)，可以形成高質(zhì)量的碳納米管。當(dāng)乙炔用作反應(yīng)氣體時(shí)，碳納米管可在低溫下沉積。
一氧化碳使碳納米管中的氫雜質(zhì)含量降低，使得可以在低溫下沉積高質(zhì)量的碳納米管。然而，一氧化碳優(yōu)于碳納米管制造過程中產(chǎn)生的氧原子或基團(tuán)以與金屬或其它碳分子化學(xué)反應(yīng)，從而氧化該金屬或產(chǎn)生諸如二氧化碳的產(chǎn)物。金屬的由一氧化碳氧化的表面其電導(dǎo)率降低，從而影響電子器件的準(zhǔn)確運(yùn)行。
也即，當(dāng)諸如一氧化碳、二氧化碳(CO2)、甲醇(CH3OH)、或乙醇(C2H5OH)等的含氧氣體用作傳統(tǒng)化學(xué)氣相沉積裝置中的反應(yīng)氣體時(shí)，該反應(yīng)氣體與金屬形成的電極反應(yīng)，并將其氧化，從而減小電極的電導(dǎo)率。因此，電子器件的性能降低。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種電子器件，該器件包括一電極，其中，在利用化學(xué)氣相沉積方法在該電極上沉積碳納米管時(shí)，該電極的電導(dǎo)率保持恒定，且在該電極上形成高質(zhì)量的碳納米管。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的以上目的，一方面，提供一種電子器件，該器件包括一電極，在該電極上通過利用含碳和氧的反應(yīng)氣體的化學(xué)氣相沉積方法沉積碳納米管。該電極由一種金屬制成，該金屬在與碳反應(yīng)時(shí)比在與氧反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生更少的反應(yīng)焓。
優(yōu)選地，該金屬是Ti或Mo中的一種。
優(yōu)選地，該金屬與碳反應(yīng)，形成碳化金屬。
反應(yīng)氣體是一氧化碳、二氧化碳、甲醇和乙醇中的一種。
另一方面，提供一種電子器件，該器件包括一電極，在該電極上通過化學(xué)氣相沉積方法沉積碳納米管，該電極具有形成在其表面上的碳化金屬層。該碳化金屬層防止電極氧化。
優(yōu)選地，該金屬是Ti或Mo中的一種。
因?yàn)楸景l(fā)明使用了一種在與碳反應(yīng)時(shí)比在與氧反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生更少的反應(yīng)焓的金屬作為電極，所以在含碳和氧的反應(yīng)氣體注入化學(xué)氣相沉積裝置時(shí)，該電極的金屬與碳的反應(yīng)先于與氧的反應(yīng)，在電極表面形成碳化金屬層。由于該碳化金屬層，氧不能滲入該電極。因此，防止了電極氧化，從而維持電極的電導(dǎo)率恒定，并增加了碳納米管的產(chǎn)率。


通過參照附圖對(duì)其優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行的詳細(xì)說明，本發(fā)明的以上目的和優(yōu)點(diǎn)將變得更清晰。附圖中圖1是具有根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的電極的電子器件的示意圖；圖2是一示意圖，說明利用等離子體化學(xué)氣相沉積制造具有根據(jù)本發(fā)明該實(shí)施例的電極的電子器件的方法；圖3是一示意圖，說明利用熱化學(xué)氣相沉積制造具有根據(jù)本發(fā)明該實(shí)施例的電極的電子器件的方法；圖4是鉻電極處于碳納米管沉積條件下后，原子濃度隨濺射時(shí)間變化的曲線圖；圖5A是鋁電極處于碳納米管沉積條件下后，原子濃度隨濺射時(shí)間變化的曲線圖；圖5B是鋁電極處于碳納米管沉積條件下后，計(jì)數(shù)/秒(C/S)對(duì)結(jié)合能的曲線圖；以及圖6是鉬電極處于碳納米管沉積條件下后，原子濃度隨濺射時(shí)間變化的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
以下將參照附圖詳細(xì)說明具有根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電極的電子器件。
圖1是具有根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電極的電子器件的示意圖。參照?qǐng)D1，絕緣層3沉積在基底1上，在絕緣層3的表面的兩側(cè)，呈箔片形式的兩個(gè)金屬電極5設(shè)置成彼此間隔一預(yù)定距離，且碳納米管層7連接兩個(gè)金屬電極5。
如果硅不摻雜，則該結(jié)構(gòu)是最簡(jiǎn)單的電流-電壓(I-V)器件，當(dāng)硅摻以P型或N型雜質(zhì)時(shí)，該結(jié)構(gòu)為場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)。
電子器件的金屬電極5由諸如鈦(Ti)或鉬(Mo)的金屬制造。該金屬在與碳反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生比與氧反應(yīng)時(shí)少的反應(yīng)焓，因此該金屬以比氧更高的速度與碳反應(yīng)。
圖2是一示意圖，說明利用等離子體化學(xué)氣相沉積制造具有根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電極的電子器件的方法。參照?qǐng)D2，在等離子體化學(xué)氣相沉積裝置中，提供一上電極14和一下電極12，在該下電極12上放置其上形成有催化金屬層的襯底11。位于下電極12下方的熱阻加熱器(thermal resistanceheater)13向襯底11供給熱。細(xì)絲15設(shè)置在上電極14和下電極12之間，提供分解反應(yīng)氣體或合成碳納米管所需的能量。電動(dòng)機(jī)19旋轉(zhuǎn)其上設(shè)置有襯底11的下電極12。
電子器件的待制造的金屬電極16位于襯底11上的催化金屬層表面上。金屬電極16由一種金屬制造，該金屬在與碳反應(yīng)時(shí)比在與氧反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生更多的反應(yīng)焓。此處，待制造的電子器件可以在襯底11和金屬電極16之間具有帶不同功能的另外的層，例如絕緣層。
RF(射頻)電源17連至上電極14和下電極12以提供電能。在上電極14中心連接用于注入反應(yīng)氣體的管道，使得諸如一氧化碳、甲烷、乙炔或氫氣的反應(yīng)氣體得以供給至反應(yīng)室10。
當(dāng)諸如氨氣或氫氣的蝕刻氣體注入到反應(yīng)室10內(nèi)后，在不大于約660EC的溫度下，在維持一預(yù)定壓力的狀態(tài)下提供RF電源時(shí)，襯底11上金屬電極16的表面被蝕刻氣體產(chǎn)生的等離子體蝕刻，從而在金屬電極16表面上形成呈細(xì)晶粒形式的催化微粒。碳納米管合成而垂直排列在該催化微粒上。
玻璃、石英、硅或氧化鋁(Al2O3)襯底可用作襯底11。
電子器件的金屬電極16可用諸如Ti、Mo或鐵(Fe)的金屬制造，該金屬以比與氧反應(yīng)更高的速度與碳反應(yīng)，因?yàn)樗谂c碳反應(yīng)時(shí)比在與氧反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生更少的反應(yīng)焓。
方程式(1)是顯示在金屬與一氧化碳反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生碳化金屬的化學(xué)反應(yīng)方程式。方程式(2)是形成氧化金屬的化學(xué)反應(yīng)方程式。
...(1)...(2)在Ti的情形中，TiO的結(jié)合能為672.4kJ/mol，TiC的結(jié)合能為423kJ/mol，相應(yīng)于方程式(1)的反應(yīng)焓為-1307.1kJ，且相應(yīng)于方程式(2)的反應(yīng)焓為-808.2kJ，因此表明，相應(yīng)于方程式(1)的反應(yīng)比相應(yīng)于方程式(2)的反應(yīng)更占優(yōu)勢(shì)。
在Mo的情形中，MoO的結(jié)合能為560.2kJ/mol，MoC的結(jié)合能為481kJ/mol，相應(yīng)于方程式(1)的反應(yīng)焓為-1191kJ，且相應(yīng)于方程式(2)的反應(yīng)焓為-1032kJ，因此表明，相應(yīng)于方程式(1)的反應(yīng)比相應(yīng)于方程式(2)的反應(yīng)更占優(yōu)勢(shì)。
然而，在Cr的情形中，雖然CrO的結(jié)合能為429.3kJ/mol，但CrC的結(jié)合能遠(yuǎn)比429.3kJ/mol高，因此，相應(yīng)于方程式(2)的反應(yīng)比相應(yīng)于方程式(1)的反應(yīng)更占優(yōu)勢(shì)。
因此，當(dāng)諸如一氧化碳、二氧化碳、甲醇或乙醇的含氧氣體用作反應(yīng)氣體時(shí)，在金屬表面上形成諸如碳化鈦、碳化鉬或碳化鐵的碳化金屬，從而防止金屬接觸氧氣。
內(nèi)能降低，導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)為放熱型時(shí)的負(fù)的反應(yīng)焓；內(nèi)能增加，導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)為吸熱型時(shí)的正的反應(yīng)焓。在本發(fā)明中，碳與金屬之間的化學(xué)反應(yīng)和氧與金屬之間的化學(xué)反應(yīng)為放熱反應(yīng)，且碳與金屬之間的化學(xué)反應(yīng)中內(nèi)能的降低比氧與金屬之間的化學(xué)反應(yīng)中內(nèi)能的降低更大，因此碳與金屬之間的化學(xué)反應(yīng)中的反應(yīng)焓小于氧與金屬之間化學(xué)反應(yīng)中的反應(yīng)焓。也即，在通過碳與金屬之間的反應(yīng)生成碳化金屬時(shí)比在通過氧與金屬之間的反應(yīng)生成氧化金屬時(shí)產(chǎn)生更多的熱量。因此，表明碳化金屬比氧化金屬更穩(wěn)定。
具有根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的由金屬制造的電極的電子器件可通過熱化學(xué)氣相沉積方法制造。
參照?qǐng)D3，具有電極110的襯底130設(shè)置在熱化學(xué)氣相沉積裝置的舟皿310上，該襯底在一條線上彼此分開一預(yù)定間隔，且舟皿310位于反應(yīng)爐315內(nèi)。其后，反應(yīng)爐315的溫度升高至處理溫度，且蝕刻氣體和反應(yīng)氣體注入反應(yīng)爐315，以在電極110上沉積碳納米管。
對(duì)襯底130、電極110和反應(yīng)氣體的描述與等離子體化學(xué)氣相沉積方法的相同，因而忽略。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)諸如晶體管或場(chǎng)發(fā)射顯示器(FED)的電子器件通過熱化學(xué)氣相沉積方法或等離子體化學(xué)氣相沉積方法制造時(shí)，電極16或110由諸如Ti、Mo或Fe的與碳反應(yīng)比與氧反應(yīng)更快的金屬制造，因此在電極16或110上形成碳化金屬層。因此，在形成碳納米管的過程中防止了電極16或110氧化。因?yàn)殡妼?dǎo)率保持恒定，所以電子器件易于制造。因此，可以制造具有良好性能的電子器件。
圖4是一呈俄歇電子譜形式的曲線圖，顯示了原子濃度(％)相對(duì)于鉻(Cr)電極的變化，該電極經(jīng)歷了利用一氧化碳和氫氣的混合氣體作為反應(yīng)氣體的碳納米管制造。
參照?qǐng)D4，隨著濺射時(shí)間過去了1500秒，Cr原子濃度增加，而氧(O)原子濃度降低。碳(C)原子濃度基本恒定。
因?yàn)殂t原子先于碳而與氧反應(yīng)，使得形成氧化鉻(CrOx)，所以Cr原子濃度在自表面至一定深度較小，但隨著深度進(jìn)一步深入到鉻電極內(nèi)部，其濃度上升。相反，與鉻親和的氧在鉻電極表面吸附較多，因此，O原子濃度在自表面到一預(yù)定深度較高，而隨著深度進(jìn)一步深入到鉻電極內(nèi)部，其濃度降低。碳幾乎不與鉻反應(yīng)，因此，C原子濃度幾乎保持恒定。
由該曲線圖可看出，鉻與氧比與碳更親和，因此表明鉻不適合作電極。
圖5A是一呈X射線光電子譜形式的曲線圖，顯示了原子濃度相對(duì)于鋁(Al)電極的變化，該電極已經(jīng)經(jīng)歷了利用一氧化碳和氫氣的混合氣體作為反應(yīng)氣體的碳納米管制造。
參照?qǐng)D5A，隨著離開鋁電極表面的深度逐漸深入，Al原子濃度增加，而O原子濃度降低。
鋁與氧或氫反應(yīng)，從而產(chǎn)生氧化鋁(Al2O3)或氫化鋁(AlHx，例如AlH3)。參照?qǐng)D5，隨著離開鋁電極表面的深度逐漸深入，形成了更多的氫化鋁。也即，僅圖5A顯示的結(jié)果表明，鋁主要與氧反應(yīng)而在電極表面形成氧化鋁；然而由圖5B顯示的曲線圖進(jìn)一步表明，氫化鋁比氧化鋁更容易形成。然而，氫化鋁具有低熔點(diǎn)，因此鋁不適合作電極。
圖6是一呈X射線光電子譜的曲線圖，示出了原子濃度相對(duì)于鉬(Mo)電極的變化，該電極包括在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子器件中，并且已經(jīng)經(jīng)歷了利用一氧化碳和氫氣的混合氣體作為反應(yīng)氣體的碳納米管制造。
如圖6所示，隨著蝕刻過程的進(jìn)行，C原子濃度減小，而Mo原子濃度增加，且O原子濃度保持基本恒定。這是因?yàn)樘蓟f層僅僅形成在電極表面上，且金屬特性在電極中得以保持。由此曲線圖可看出，鉬適宜作為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子器件中使用的電極。
下表顯示了不同金屬的電導(dǎo)率變化。單位為Ωcm-1。

雖然鉻的電導(dǎo)率在經(jīng)歷了化學(xué)氣相沉積裝置中的反應(yīng)后大為降低，但是其它金屬的電導(dǎo)率幾乎沒變化。由上表可看出，當(dāng)電極由鉻以外的四種金屬中的一種制造時(shí)，電能可恒定供給。然而，鋁在呈氫化鋁的形式時(shí)會(huì)升華，所以不適宜作電極。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在形成碳納米管的過程中使用含碳和氧的反應(yīng)氣體的情形下，電子器件具有由一種金屬制造的電極，該金屬與碳反應(yīng)的速度高于與氧反應(yīng)的速度，因?yàn)楫?dāng)其與碳反應(yīng)時(shí)比與氧反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生更少的反應(yīng)焓，使得碳化金屬層形成在電極表面上，防止了氧化。因此，碳納米管可以在一種狀態(tài)下在電子器件上生長(zhǎng)，在該狀態(tài)中，電極的電導(dǎo)率保持恒定，從而提高了電子器件的性能。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，電子器件具有由一種金屬制造的電極，該金屬與碳反應(yīng)比與氧反應(yīng)更快，使得在電極上形成碳化金屬層，從而防止了電極氧化。結(jié)果，電極的電導(dǎo)率保持恒定，從而使得碳納米管能通過各種方法形成，并提高了電子器件的整體性能。
權(quán)利要求
1.一種電子器件，該器件包括一電極，在該電極上通過利用含碳和氧的反應(yīng)氣體的化學(xué)氣相沉積方法沉積碳納米管，該電極由一種金屬制成，該金屬在與碳反應(yīng)時(shí)比在與氧反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生更少的反應(yīng)焓。
2.如權(quán)利要求1所述的電子器件，其中，該金屬是Ti和Mo中的一種。
3.如權(quán)利要求2所述的電子器件，其中，該金屬與碳反應(yīng)，形成碳化金屬。
4.如權(quán)利要求1所述的電子器件，其中，反應(yīng)氣體是選自以下組的一種，該組包括一氧化碳、二氧化碳、甲醇和乙醇。
5.一種電子器件，該器件包括一電極，在該電極上通過化學(xué)氣相沉積方法沉積碳納米管，該電極具有形成在其表面上的碳化金屬層，該碳化金屬層防止電極氧化。
6.如權(quán)利要求5所述的電子器件，其中，該金屬是Ti和Mo中的一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電子器件，該器件具有由易于與碳反應(yīng)的金屬制造的電極。在該電子器件中，其上通過利用含碳和氧的反應(yīng)氣體的化學(xué)氣相沉積方法沉積碳納米管的電極由這樣的金屬制造，該金屬在與碳反應(yīng)時(shí)比在與氧反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生更少的反應(yīng)焓。因?yàn)殡姌O由一種與碳反應(yīng)快過與氧反應(yīng)的金屬制造，所以在電極上形成碳化金屬層，從而防止電極氧化。因此，碳納米管易于沉積在電極上。
文檔編號(hào)H01L51/30GK1434480SQ02150439
公開日2003年8月6日 申請(qǐng)日期2002年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月22日
發(fā)明者韓仁澤, 樸永俊 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社