專利名稱：沉積碳納米管薄膜的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種沉積薄膜的設(shè)備，尤其涉及一沉積碳納米管薄膜的設(shè)備。
背景技術(shù)：
場(chǎng)發(fā)射電子源廣泛應(yīng)用于眾多真空微電子設(shè)備，如平板顯示器、離子槍、電子束光刻裝置、電子顯微鏡及微探針中。
傳統(tǒng)的場(chǎng)發(fā)射陰極材料包括具有納米尺寸發(fā)射尖端的金屬(如鉬)或半導(dǎo)體材料(如硅)。但這些材料的起始電壓較高，達(dá)到100V，高操作電壓會(huì)增加發(fā)射尖端上的離子轟擊與表面消熔導(dǎo)致的發(fā)射不穩(wěn)定性，從而需要提供一更高的操作電壓以確保電子發(fā)射密度。另，這些材料很難批量制造出具有均勻大小的發(fā)射尖端，其制造成本亦很昂貴。
碳納米管是一種管狀結(jié)構(gòu)物，其由日本研究人員Iijima在1991年發(fā)現(xiàn)，請(qǐng)參見″Helical Microtubules of Graphitic Carbon″，S Iijima，Nature，Vol.363，P.56(1991)。碳納米管具有大于1000的縱橫比、原子級(jí)別的尖端，這使得其成為理想的場(chǎng)發(fā)射電極材料。若要將碳納米管優(yōu)異的場(chǎng)發(fā)射性能應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)中，需要將碳納米管處理成如薄膜等有用形狀，最好是將其制成具有圖案形狀的薄膜。
化學(xué)氣相沉積法可成長(zhǎng)出碳納米管薄膜，如果在成長(zhǎng)碳納米管的基材上選擇性沉積成長(zhǎng)碳納米管所需的催化劑，則最終可成長(zhǎng)出一具有預(yù)定圖案形狀的碳納米管薄膜，但此種碳納米管薄膜與基材之間結(jié)合力較弱，容易損壞。
現(xiàn)有技術(shù)中曾使用噴射法在基材上沉積具有圖案形狀的碳納米管薄膜，其基本步驟如下提供一基材；在基材上待沉積碳納米管薄膜的部位形成一圖案中間層；在基材上形成有圖案中間層的表面上噴射一層碳納米管溶液；退火；去除基材上除圖案中間層部位之外的碳納米管薄膜得到一具有圖案形狀的碳納米管薄膜。
此處的圖案中間層須為經(jīng)處理后與碳納米管及基材間皆具有較強(qiáng)結(jié)合力的材料。
但是，現(xiàn)有技術(shù)并未揭露如何將此種技術(shù)批量應(yīng)用至產(chǎn)業(yè)中。

發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，有必要提供一種能快速生產(chǎn)、成本低廉的沉積碳納米管薄膜的設(shè)備。
一種沉積碳納米管薄膜的設(shè)備，其包括一支撐裝置、多個(gè)設(shè)置在所述支撐裝置上的噴射裝置及多個(gè)分別與所述噴射裝置相連的輸送管，所述的支撐裝置包括一第一支撐件、一第二支撐件及一扣緊裝置。
一種沉積碳納米管薄膜的設(shè)備，其包括一支撐裝置、多個(gè)設(shè)置在所述支撐裝置上的噴射裝置及多個(gè)分別與所述噴射裝置相連的輸送管，所述支撐裝置包括一滑動(dòng)槽，所述的噴射裝置可沿所述滑動(dòng)槽滑動(dòng)。
相比于現(xiàn)有技術(shù)，所述沉積碳納米管薄膜的設(shè)備包含多個(gè)噴射裝置，可同時(shí)大面積向基材上噴射碳納米管溶液，成膜快速，成本低廉。
所述噴射裝置可沿支撐裝置的滑動(dòng)槽滑動(dòng)，可根據(jù)基材上待沉積碳納米管薄膜的圖案形狀改變噴射裝置位置，可減少噴射在無需沉積碳納米管薄膜位置的碳納米管溶液量。

圖1是本發(fā)明沉積碳納米管薄膜的設(shè)備第一實(shí)施例部分剖面示意圖。
圖2是本發(fā)明沉積碳納米管薄膜的設(shè)備第一實(shí)施例支撐裝置示意圖。
圖3是本發(fā)明沉積碳納米管薄膜的設(shè)備第二實(shí)施例剖面示意圖。
圖4是本發(fā)明沉積碳納米管薄膜的設(shè)備第二實(shí)施例支撐裝置剖面圖。
圖5是圖3沿V-V方向的剖面示意圖。
圖6是本發(fā)明沉積碳納米管薄膜的設(shè)備第三實(shí)施例剖面示意圖。
圖7是本發(fā)明沉積碳納米管薄膜的設(shè)備第三實(shí)施例調(diào)節(jié)裝置剖面示意圖。
圖8是利用本發(fā)明的裝置沉積碳納米管的方法過程示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合圖示說明一種沉積碳納米管薄膜的設(shè)備。
請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明第一實(shí)施例的沉積碳納米管薄膜的設(shè)備包括一支撐裝置11，多個(gè)設(shè)置在支撐裝置11上的噴射裝置12及多個(gè)分別與噴射裝置12相連通的輸送管13。
請(qǐng)參閱圖2，支撐裝置11包括一第一支撐件110、一第二支撐件112及扣緊裝置114。第一支撐件110與第二支撐件112相對(duì)設(shè)置，扣緊裝置114可將第一支撐件110及第二支撐件112扣緊。為防止噴射裝置12滑動(dòng)，第一支撐件110上可設(shè)有多個(gè)第一凹陷116，第二支撐件112上設(shè)有多個(gè)與第一凹陷116相對(duì)應(yīng)的第二凹陷118。第一凹陷116與第二凹陷118為弓形的。第一凹陷116與第二凹陷118還可為其他形狀，能防止噴射裝置12沿支撐裝置11滑動(dòng)即可。
噴射裝置12可為常用的噴頭，不與碳納米管溶液反應(yīng)即可。噴射裝置22包括一噴射端124，為防止噴射裝置12從支撐裝置11上滑落，優(yōu)選的，噴射裝置12包括一固定部122，噴射裝置12安裝在支撐裝置11時(shí)，其可夾緊在第一凹陷116與相對(duì)應(yīng)的第二凹陷118間，固定部122的直徑比其被夾緊的部位直徑大。
采用本實(shí)施例的沉積碳納米管薄膜的設(shè)備沉積碳納米管薄膜時(shí)，多個(gè)噴射裝置12同時(shí)向基材表面噴射預(yù)先制備的碳納米管溶液，可大面積成膜，操作快速，成本低廉。
請(qǐng)參閱圖3，本發(fā)明第二實(shí)施例的沉積碳納米管薄膜的設(shè)備包括一支撐裝置21，多個(gè)設(shè)置在支撐裝置21上的噴射裝置22及多個(gè)分別與噴射裝置22相連通的輸送管23。噴射裝置22可相對(duì)于支撐裝置21滑動(dòng)。
支撐裝置21包括一支撐管212及一扣緊裝置216。請(qǐng)參閱圖4，支撐管212底部設(shè)有滑動(dòng)槽214?；瑒?dòng)槽214與支撐裝置21徑向平行設(shè)置。
噴射裝置22包括一噴射端224，為防止噴射裝置22從支撐裝置21上滑落，優(yōu)選的，噴射裝置22包括一固定部222，固定部222的直徑大于滑動(dòng)槽214的寬度。請(qǐng)參閱圖5，噴射裝置22安裝在支撐裝置21時(shí)，固定部222位于支撐管212內(nèi)，由于固定部222直徑較滑動(dòng)槽214大，可防止噴射裝置22從支撐裝置21上滑落。
要改變噴射裝置22沿支撐裝置21水平方向位置時(shí)，可先松動(dòng)扣緊裝置216，滑動(dòng)噴射裝置22后再進(jìn)行扣緊。
與第一實(shí)施例相比，本實(shí)施例中的噴射裝置22可沿滑動(dòng)槽214滑動(dòng)。從而噴射端224噴射碳納米管溶液時(shí)，可根據(jù)基材上待沉積碳納米管薄膜的圖案形狀改變噴射裝置22位置，可減少噴射在無需沉積碳納米管薄膜位置的碳納米管溶液量。
請(qǐng)參見圖6，本第三實(shí)施例的發(fā)明沉積碳納米管薄膜的設(shè)備包括一支撐裝置31，多個(gè)設(shè)置在支撐裝置31上的噴射裝置32及多個(gè)分別與噴射裝置32相連通的輸送管33。該噴射裝置32可相對(duì)于支撐裝置31滑動(dòng)，其可為第二與第二實(shí)施例相比，噴射裝置32中進(jìn)一步包括一用于調(diào)節(jié)碳納米管溶液噴射量的調(diào)節(jié)裝置34。
調(diào)節(jié)裝置34可為圓柱形閥門，穿設(shè)在噴射裝置32中。請(qǐng)參閱圖7，是調(diào)節(jié)裝置34剖面示意圖，其包括一流量調(diào)節(jié)孔342。當(dāng)流量調(diào)節(jié)孔342與噴射裝置32的液體流動(dòng)通道方向一致時(shí)，液體可順利通過；旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)裝置34，流量調(diào)節(jié)孔342與噴射裝置32的液體流動(dòng)通道重合部分越來越少，通過的液體也越來越少，直至完全截止液體的流動(dòng)。
以下將以本發(fā)明沉積碳納米管薄膜的設(shè)備的第三實(shí)施例為例說明使用所述的設(shè)備沉積碳納米管薄膜的方法，請(qǐng)參閱圖8，其包括以下步驟提供一基材60。基材60材料可為不與碳反應(yīng)或能溶解碳的材料，且需要具有較高的熔點(diǎn)，一般需高于1000℃，其可選用二氧化硅、氧化銦錫或鉛等。
在基材60表面上形成一具有一定形狀的圖案中間層61。所述的圖案中間層61可選用如下材料可溶解碳的材料，如鐵、鈷、鎳、錳等；可形成碳化物的材料，如硅、鉬、鈦、鎢、鉭、鈮、鋯、釩、鉻；低熔點(diǎn)金屬(700℃或更低)，如鋁、錫、鈀、鋅。圖案中間層61厚度一般為10-100納米。其可采用濺鍍、蒸鍍或化學(xué)氣相沉積方法制備薄膜，再利用光刻以得到預(yù)定的圖案形狀。
利用本發(fā)明沉積碳納米管薄膜的設(shè)備第三實(shí)施例的設(shè)備在基材上噴射沉積一均勻的碳納米管溶液薄膜。碳納米管溶液可由碳納米管溶在甲醇、乙醇及其它低級(jí)醇溶劑中制得。噴射時(shí)，使噴射裝置設(shè)置在基材60上方適當(dāng)位置。使基材60沿水平方向移動(dòng)，圖中箭頭代表基材60移動(dòng)方向。調(diào)整支撐裝置31使其平行在基材60的表面且與基材60的移動(dòng)方向垂直，如此則可快速在基材60的表面沉積一膜厚均勻的碳納米管溶液薄膜。碳納米管62均勻分布在基材60的表面，當(dāng)然，圖中僅為示意圖，實(shí)際的碳納米管密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于圖中所示。
調(diào)整基材60的移動(dòng)速度，可改變噴射到基材60表面的碳納米管溶液薄膜的厚度，基材60移動(dòng)速度越快，則基材60表面的碳納米管溶液薄膜越薄。還可利用調(diào)節(jié)裝置34調(diào)節(jié)碳納米管溶液噴射量來調(diào)節(jié)基材60表面的碳納米管溶液薄膜厚度。
當(dāng)然，基材60可保持靜止，而使支撐裝置31相對(duì)基材60移動(dòng)?；蛘呋?0與支撐裝置31同時(shí)移動(dòng)。
將基材60進(jìn)行退火處理以增加碳納米管62與圖案中間層61間結(jié)合力。退火一般在真空下進(jìn)行，真空度為10-4帕斯卡或更低。根據(jù)不同材料的圖案中間層61，其退火溫度及退火時(shí)間亦不同。具體說來退火溫度是碳溶解、碳化物形成或圖案中間層材料熔化時(shí)的溫度。退火時(shí)間一般為30分鐘到24小時(shí)。退火后，碳納米管62與圖案中間層61之間結(jié)合力增強(qiáng)，對(duì)于可溶碳材料圖案中間層61，退火后，碳納米管62一部分與圖案中間層形成一金屬-碳固態(tài)溶液，結(jié)合力增強(qiáng)。對(duì)于碳化物形成圖案中間層61，退火后在圖案中間層61與碳納米管62反應(yīng)生成一金屬碳化物。而對(duì)于低熔點(diǎn)金屬圖案中間層61，碳納米管62一部分插入熔融狀態(tài)的金屬中，冷卻后，牢固連接在圖案中間層61上。
去除直接沉積在基材60表面上的碳納米管62得一僅在圖案中間層61上形成有碳納米管薄膜的基材60。由于碳納米管62與基材60之間結(jié)合力較弱，去除過程易于進(jìn)行。可采用的方法有沖洗、超聲波降解或吹風(fēng)等。超聲波降解一般需進(jìn)行0.5到24小時(shí)。
利用本方法所制備的具有圖案形狀的碳納米管薄膜厚度一般為10納米到1000納米，其可應(yīng)用于眾多領(lǐng)域如平板顯示器、電子顯微鏡等。
權(quán)利要求
1.一種沉積碳納米管薄膜的設(shè)備，其特征在于其包括一支撐裝置、多個(gè)設(shè)置在所述支撐裝置上的噴射裝置及多個(gè)分別與所述噴射裝置相連的輸送管，所述支撐裝置包括一第一支撐件、一第二支撐件及一扣緊裝置，所述扣緊裝置用于扣緊所述第一支撐件及所述第二支撐件。
2.如權(quán)利要求1所述的沉積碳納米管薄膜的設(shè)備，其特征在于所述第一支撐件包括一第一凹陷，所述第二支撐件包括一與之相應(yīng)的第二凹陷。
3.如權(quán)利要求2所述的沉積碳納米管薄膜的設(shè)備，其特征在于所述第一凹陷是弓形的。
4.如權(quán)利要求2所述的沉積碳納米管薄膜的設(shè)備，其特征在于所述第二凹陷是弓形的。
5.一種沉積碳納米管薄膜的設(shè)備，其特征在于其包括一支撐裝置、多個(gè)設(shè)置在所述支撐裝置上的噴射裝置及多個(gè)分別與所述噴射裝置相連的輸送管，所述支撐裝置包括一滑動(dòng)槽，所述的噴射裝置可沿所述滑動(dòng)槽滑動(dòng)。
6.如權(quán)利要求5所述的沉積碳納米管薄膜的設(shè)備，其特征在于所述噴射裝置包括一固定部，所述固定部的直徑大于所述的滑動(dòng)槽的寬度。
7.如權(quán)利要求5所述的沉積碳納米管薄膜的設(shè)備，其特征在于所述噴射裝置包括一用于調(diào)節(jié)流量的調(diào)節(jié)裝置。
8.如權(quán)利要求7所述的沉積碳納米管薄膜的設(shè)備，其特征在于所述調(diào)節(jié)裝置為一圓柱形閥門，其包括一流量調(diào)節(jié)孔。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種沉積碳納米管薄膜的設(shè)備，其包括一支撐裝置，多個(gè)設(shè)置在支撐裝置上的噴射裝置及多個(gè)分別與噴射裝置相連通的輸送管。所述支撐裝置包括一第一支撐件、一第二支撐件及一扣緊裝置。所述沉積碳納米管的裝置具有可同時(shí)大面積成膜，成膜快速，成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C23F17/00GK1947860SQ20051010035
公開日2007年4月18日 申請(qǐng)日期2005年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月14日
發(fā)明者林孟東 申請(qǐng)人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司