以化學氣相沉積法合成單壁奈米碳管臨場製作懸空奈米碳管元件光導現象之研究

Investigation of Photoconductivity of Suspended Carbon Nanotube Device with in situ Chemical Vapor Deposition Grown Single-Walled Carbon Nanotubes

羅時鈞(Shyh-Jyun Luo)

指導教授 ： 柳克強 ； 蔡春鴻

國立清華大學/原子科學院/工程與系統科學系/碩士(2008年)

摘要

奈米碳管(carbon nanotube, CNT)具有優異的電性，所以奈米碳管電晶體具有相當大的潛力應用於未來的奈米電子元件。在本研究中以本實驗室發展的SiO2/Ni構成的雙層催化劑結構為基礎，在二氧化矽基版上蒸鍍催化劑，再經由高溫化學氣相沉積(Thermal Chemical Vapor Depositon, Thermal CVD)的方式成長單壁奈米碳管，進一步製作成奈米碳管場效電晶體(CNT-FET)。此方法能有效的定位奈米碳管，並能由雙層催化劑的鍍率控制奈米碳管的密度、長度以及直徑。
在本研究中，採用波長分別為488 nm、632.8 nm、785 nm之激發源，量測背閘極奈米碳管場效電晶體之光電流。在背閘極元件量測上，需施加適當的閘極偏壓，減少電子堆積於Si/SiO2界面，避免出現photogating現象；所量測的元件對波長為632.8 nm之激發源轉換效率最佳，達到4.93×10-7，經量測碳管直徑後研判使用之激發源激發了碳管的第二激發態，且光電流大小與汲極偏和激發源強度成線性關係。
在懸空結構元件的製作上，採用先行製作蝕刻溝槽，並在電極上蒸鍍催化劑後，直接成長單壁奈米碳管於金屬電極上，成功跨長奈米碳管於深1 μm、寬8 μm的溝槽，完成懸空元件的結構。
在懸空元件電性量測上，懸空奈米碳管元件因閘極調變能力不佳，有效的避免了photogating效應；在光電流的量測上，懸空結構減少了SiO2基版捕捉碳管中的載子，轉換效率約為10-4，有效的增強了電信號之強度。

關鍵字

單壁奈米碳管 ； 場效電晶體 ； 光導現象 ； 化學氣相沉積法 ； 懸空

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Single-walled carbon nanotubes ； Field-effect transistor ； Photoconductivity ； Chemical vapor deposition ； Suspended

參考文獻

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