单壁碳纳米管(纳米)为纳米级设备吸引了极大的兴趣,如场效应晶体管(FET) [ 1, 2和大规模集成电路互联 3, 4]。在很多纳米管生长方法,催化化学气相沉积(CVD)有几个优点,如高产生产,碳纳米管的生长温度低,和良好的可控性位置和直径。因此,心血管疾病是目前广泛用于碳纳米管的生长( 5]。实现SWNT-based设备与大规模集成电路制造工艺兼容,碳增长CVD在低压力下碳纳米管是重要的因为生长在高真空下防止在加工过程中表面污染。此外,碳增长高真空原位观测期间增长是有用的,如扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)。

到目前为止,碳增长使用CVD在低压力下已经完成了几组。为目的的原位观察,本等人进行碳纳米管(CNT)增长由酒精低压CVD在1 - 20 Pa ( 6, 7]。Shiokawa等人成功地由冷的墙CVD生长纳米管使用乙醇在0.05 Pa的超高真空(特高压)室 8]。我们组也实现了碳增长环境乙醇1×10的压力⁻⁴Pa公司催化剂,采用气体源法在特高压室,冷的墙心血管疾病的一种。然而,碳产量大幅下降,因为经济增长的温度必须降低到400°C获得纳米管压力低的乙醇( 9- - - - - - 11]。

最近,我们也使用Pt纳米催化剂和显示,并可以增长甚至在环境乙醇1×10的压力⁻⁴爸爸,同时保持收益率与公司催化剂在1×10兼容⁻¹Pa ( 12, 13]。然而,需要减少生长温度为400°C应用程序到碳纳米管的制造设备与目前的CMOS兼容,因为低介电常数intermetal电介质在设备机械结构恶化超过400°C。

在这项研究中,我们进行了碳纳米SiO增长₂/ Si基质使用Pt催化剂在不同的温度。通过优化乙醇压力,并可以增长甚至在400°C。我们也调查了结构性增长的性质并通过SEM和拉曼测量。

SiO₂/ Si基质被用于碳纳米管的生长。Pt催化剂沉积后的脉冲电弧等离子体枪在特高压室,衬底被介绍给一个特高压室配备一个乙醇介绍系统和衬底加热器的持有人。室被疏散到基准压力小于1×10⁻⁶Pa涡轮分子泵。该系统是一种冷的墙CVD,局部加热器加热的衬底。然后,我们增加了衬底温度的温度下H₂气流的压力1×10⁻³Pa防止氧化的催化剂。衬底温度由高温计和Pt厚度监控监测石英晶体振荡器。在这个实验中,Pt的公称厚度是0.2海里,这是最佳的厚度来获得碳产量最高。SiO TEM图像₂/ Si Pt (0.2 nm)沉积后的图所示 1。Pt粒子的平均直径约1海里观察,表明Pt催化剂粒子形状形成碳纳米管在增长。并被种植的酒精气体源法在特高压室。乙醇气体供应到衬底表面通过不锈钢喷嘴1小时。生成的纳米管在SEM和拉曼光谱的特征。激发激光的波长和光斑大小对拉曼测量是785海里和大约20 μm。

图 2显示了纳米管的拉曼光谱生长在不同乙醇为每个生长温度压力。光谱测量的激发波长785 nm和校准的声子峰相对于Si 520厘米⁻¹在每一个人物。对于每一个温度,高能区域和遏制区域分别显示。在700°C、G带峰出现在1590厘米左右⁻¹,伴随着D乐队在1300厘米左右⁻¹。遏制地区几个峰出现,说明大多数的生长碳纳米管。如图 2 (b)下,G带强度达到最大乙醇1×10的压力⁻³Pa,这表明最优压力远远低于碳增长与有限的催化剂,在我们之前报道的论文( 9]。

在450°C, D乐队的相对强度变得强大,无论乙醇压力(图 2 (d))。这表明纳米晶体质量的恶化,减少经济增长的温度。尽管恶化,两座山峰还观察到在352和373厘米左右⁻¹在疟疾地区(图 2 (c)),除了Si声子峰在302厘米左右⁻¹。生长温度下降到400°C时,G带强度变得相当小,D乐队变得更大的强度比G带,如图 2 (f)。遏制地区仍然只有两个弱的峰值出现在352和373厘米⁻¹在乙醇1×10的压力⁻³爸爸,虽然他们的强度相当薄弱。这些结果表明,纳米管从Pt催化剂甚至低于450°C,尽管收益率降低。

图 3显示了样本的扫描电镜图像在700和450°C下最优增长(700°C, 1×10的压力⁻³Pa;450°C, 1×10⁻⁴Pa)。当生长温度为700°C,网络式纳米管形成在衬底表面。大多数的长度增长并几百纳米。另一方面,在450°C,并大幅减少的密度。

图 4显示了G带的相对强度的拉曼光谱对纳米管的生长温度下的最佳乙醇压力。G带强度归一化的声子峰的Si 520厘米⁻¹。随着温度降低,G带强度单调下降。生长温度为700°C时,G / Si比率为1.8,但它下降到0.12 400°C。增长与有限的催化剂,最优压力在400°C 1×10⁻⁴Pa, G / Si的G / D比率比和纳米管生长在400°C 0.13和12个,分别。结果表明,碳纳米管的生长在较低的温度下,催化剂似乎更合适。

比较的直径分布与Pt纳米管生长和催化剂,拉曼测量进行的激发波长785 nm,和纳米管的直径分布与Pt催化剂在400和700°C,这与公司催化剂在400°C图所示 5。拉曼的直径估计疟疾高峰的变化使用关系拉曼光谱 d(nm) = 248 / ω(cm⁻¹), d 纳米管的直径和吗 ω疟疾是拉曼转变峰( 14]。特定直径的纳米管的比例估计从遏制峰值强度,考虑到峰值强度的总和应分别在拉曼光谱。纳米管的平均直径增加了Pt催化剂是1.0 nm,生长温度为700°C时,虽然它下降到约0.7 nm 400°C。我们还进行了样品的拉曼测量了Pt使用其他激发波长在400°C(532和633海里),但没有明显的遏制峰出现。考虑所谓Kataura情节,这表明,纳米管的直径0.7和1.0 nm之间可以忽略不计,这证实了碳纳米直径的减少降低温度的增长。我们的TEM观察表明,Pt催化剂粒子的平均直径增加碳纳米管在增长,而在增长。这表明催化剂尺寸增加而增长的温度。因此,我们考虑,直径减少的主要原因应该是由于催化剂粒径的减少。应该注意的是,平均直径在400°C小得多比纳米发展有限公司催化剂在400°C。此外,纳米管的直径分布了Pt催化剂在400°C相当狭窄。 These results indicate that Pt catalyst is suitable for SWNTs with the small diameter and the narrow diameter distribution. Considering the relationship between the SWNT diameter and the optical band gap shown in the Kataura plot, the chiral indexes of SWNTs grown from Pt were tentatively assigned to (6, 4), (7, 2), and (7, 3), and those from Co were mainly to (9, 4), (10, 2), and (11, 0).

据报道,乙醇分子吸附在金属表面高温分解反应通过几种途径(> 200°C),只有少数部分人保留表面碳( 15, 16]。在纳米管的生长温度,这些残余碳原子应该结晶碳六角网络,形成碳nanocaps催化剂粒子表面。之前,我们讨论了最优的显著减少乙醇Pt碳纳米管催化剂是由于增长的压力由一个碳原子的扩散过程催化剂表面没有解散成Pt ( 12]。我们考虑到碳原子的体积小溶解度Pt导致较低的乙醇碳增长所必需的压力。相比之下,部分公司催化剂颗粒上的碳原子扩散到粒子的内部零件,应该,应该增加乙醇的最佳压力。低温(低于450°C), Pt催化剂的碳产量大幅减少,这可能是由于减少乙醇分子的离解Pt表面。尽管收益率并从低温Pt目前是不够的,他们的直径相当小,粒径分布窄,从公司催化剂相比。这些特征会导致优势为碳纳米管的制造设备应用程序。

我们进行碳增长与Pt催化剂在不同温度下400至700°C,和纳米管生长在扫描电镜、拉曼光谱的特征。无论生长温度,最佳的生长压力来获得最高产量和公司催化剂大大小于种植。此外,碳增长是通过使用Pt催化剂即使在400°C。