碳纳米管辅助的纳米结构制备

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1、碳纳米管辅助的纳米结构制备(申请清华大学理学硕士学位论文)培养单位：物理系学科：物理学研究生：陈墨指导教师:李群庆教授二○一七年五月CarbonnanotubesassistednanostructurefabricationThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofScienceinPhysicsbyChenMoDissertationSupervisor:ProfessorLiQunqing

2、April,2017摘要摘要纳米加工技术是人类了解微观世界的工具，但加工能力往往受设备所限。碳纳米管作为一种新型纳米材料，具有很多独特的物理性质。本文将碳纳米管与纳米加工技术相结合，制备出了突破现有加工能力的纳米结构。首先，利用碳纳米管对紫外光的吸收性质，结合超顺排碳纳米管薄膜，制备了碳纳米管薄膜掩模光刻版。利用此光刻版，结合适当的曝光工艺，可以实现碳纳米管薄膜形貌的光刻胶图形，并且可以通过刻蚀工艺将其转移到基底材料上。同时，我们研究了表面形貌的变化对疏水效果的影响，发现碳纳米管薄膜的形貌符合疏水的特征。我们利用碳纳米管薄膜掩模曝光的方

3、法，制备出了具有碳纳米管薄膜形貌的疏水表面。其次，利用碳纳米管的准一维物理特性，得到了尺寸小于10nm的狭缝结构。通过转移及电子束曝光的方法，将碳纳米管做成悬空的状态，并利用其作为电子束蒸发的掩蔽。由于碳纳米管的径向尺寸很小，因此可以在基底上实现尺寸小于10nm的狭缝结构。同时，我们调节了实验中的参数，发现这一结果可以在一定范围内重复实现。证明这是一种很稳定的获得10nm以下尺寸结构的方法。最后，利用碳纳米管的电学特性，将其作为导电层，应用在绝缘基底上的电子束曝光工艺中。此外，我们通过侧向蒸发的方法，得到了具有“Z”字形貌的光栅结构。并

4、且根据光栅尺寸的变化，可以呈现出不同的色彩。同时，光栅高度的变化，也影响着其在偏振下的色彩表现。我们利用碳纳米管作为导电层，将此结构制备在了石英衬底上，扩展了其在光学领域的应用。关键词：紫外曝光；电子束曝光；电子束蒸发；刻蚀；剥离IAbstractAbstractNanofabricationtechnologyisatoolforhumanbeingstounderstandthemicroworld,butthecapacityisoftenlimitedbyequipment.Asanewtypeofnanomaterial,ca

5、rbonnanotubeshavemanyuniquephysicalproperties.Inthisthesis,thecarbonnanotubesandnanofabricationtechnologywerecombinedtofabricatethenanostructureswhichbreakthroughtheexistingcapacity.Firstly,usingthepropertiesofUVabsorption，acarbonnanotubemaskwasfabricatedbythesuper-align

6、edcarbonnanotubefilms.Usingthismask,aphotoresistpatternofcarbonnanotubefilmmorphologycanbeachievedincombinationwithanappropriateexposureprocessandcanbetransferredtothesubstratebyanetchingprocess.Wealsostudiedtheeffectofsurfacemorphologyonthehydrophobic,andfoundthatthemor

7、phologyofcarbonnanotubefilmsconformedtothehydrophobiccharacteristics.Wefabricatedahydrophobicsurfacewithcarbonnanotubefilmmorphologybyusingthecarbonnanotubemask.Secondly,usingthequasi-one-dimensionalphysicalpropertiesofcarbonnanotubes,asub-10nmgapwasobtained.Thecarbonnan

8、otubesweresuspendedbytransferandelectronbeamlithographyandwereusedasamaskinelectronbeamevaporationproce