新的奈米結構合成技術

Original publish date:Aug 01, 2003

編輯 Agape 報導

伯克萊大學機械系的研究小組﹐利用在矽晶片表面加上微機電元件(MEMS)來控溫﹐達成不損害晶片且可以選擇性地合成奈米線或碳奈米管的成果。

當碳奈米管與奈米線合成技術有重要的突破時﹐科學家們無不對微電子電路奈米化﹑或是積體電路與奈米技術的結合﹐產生極大的信心。然而﹐奈米線與碳奈米管的合成﹐通常需要數百度的高溫。這樣的製程﹐可能會對其他部份的電子元件造成損害。所以﹐如何在不傷害電子元件﹐而又能夠成功地在其上合成奈米線或碳奈米管﹐就成了科學家們努力的目標。加州伯克萊大學機械系的副教授Liwei Lin與其研究小組﹐利用現今成熟的微機電系統技術﹐發展出一套可以在室溫的環境下﹐有選擇性地在矽晶片上合成碳奈米管與矽奈米線的製程。

他們的做法﹐是先在基板材料上所要合成碳奈米管或矽奈米線的地方﹐利用微機電系統技術﹐製造微米大小的電阻。然後將促進合成的觸媒﹐均勻地鍍在電阻表面。最後對電阻通以電壓達到局部加熱﹐並以氣相沉積的方式合成碳奈米管或矽奈米線。合成碳奈米管所需要的觸媒﹐是重量比為4比1的鎳-鐵合金﹔合成矽奈米線所需要的觸媒﹐則是60%的金與40%的鈀(palladium)。至於氣相沉積的所使用的氣體﹐則分別是乙炔(C₂H₂)與矽烷(10% SiH₄ + 90% Ar) 。利用這個方式合成的碳奈米管﹐其直徑在10至50nm﹑平均長度為5um; 矽奈米線的平均半徑則在30至80nm之間﹐長度為10um。合成速率則分別為0.25 um/min與1 um/min。

Liwei Lin等人的實驗﹐證明了可以在室溫不損害電子元件的條件下﹐在半導體基板表面合成碳奈米管與矽奈米線。但是如果要能更好的控制這些奈米結構的合成﹐勢必要對微米電阻的溫度分佈與觸媒的選擇性鍍膜﹐有更精確的掌握。儘管如此﹐Liwei Lin與其研究小組的成果﹐仍然為科學家們提供了一個新的方法﹐並且有實際應用的可能性。

參考資料﹕

ScienceNOW: Turning Down the Heat on Nanowires, June 30 (2003)

原始論文﹕

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Ongi Englander et al., Local synthesis of silicon nanowires and carbon nanotubes on microbridges, Applied Physics Letters 82, 4797 (2003)

參考來源：