碳纳米管在微纳电子领域的应用与潜力探索

时间: 2024-12-18
作者: 百灵威
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碳纳米管在微纳电子领域的应用与潜力探索-百灵威

    在当今科技飞速发展的时代,微纳电子领域正不断寻求突破与创新,以满足日益增长的高性能、小型化和多功能化需求。碳纳米管为微纳电子领域带来了新的机遇。

卓越性能,奠定应用根基

    上海交通大学苏言杰教授专注于碳纳米材料及碳基纳米器件的研究,通过电弧法可控制备的单壁碳纳米管:

  • 1、高纯度、低缺陷
  • 纳米管直径为1.2-1.7nm。电弧法SWCNTs的石墨化程度高、结构缺陷少。
  • 2、优异的导电性。
  • 在锂电池、钠离子电池和固态电池中能够有效提升能量密度和倍率性能。与多壁碳纳米管(MWCNTs)相比,在电池中的添加量低10至60倍,且能够提供更高的导电性和稳定性。

    百灵威稳定供应苏言杰研究员碳纳米管产品——电弧放电法单壁碳纳米管[1,2]

多场景应用,引领技术变革

一、场发射器——突破传统限制

    于微纳电子的场发射应用里,碳纳米管彰显出非凡价值。相较于传统氧化物发射器,它有着高发射电流、低阈值电压、大发射电流密度以及长寿命等长处。近年来的大量实验表明,将镀金属、碳化物或氮化物的碳纳米管当作场发射器的点电子源,能切实优化发射性能。在电子显微镜领域,碳纳米管场发射器的应用可提升成像的清晰度与分辨率,助力微观世界的研究深入开展。不过,当前场发射器件需在高真空环境工作,且材料放气会干扰场发射性能等技术难题尚待攻克,随着科研推进,这些问题有望被解决,从而让碳纳米管场发射器在微纳电子领域发挥更大效能。[3]

二、传感器 —— 精准感知微观世界

    碳纳米管在传感器领域同样有着出色的表现。其较大的比表面积以及表面丰富的悬挂键,使其对气体具有极强的吸附能力,从而成为传感器件的核心关键部分。基于纳米尺寸效应和表面电子等多种独特性质,当碳纳米管修饰在传统的玻碳、石墨、金等电极表面时,能够显著改善原基底电极的性能,并且这种修饰工艺简单易操作。碳纳米管修饰电极对传感器的响应电流、响应时间和检测线性范围均有着明显的积极影响。这使得碳纳米管传感器在环境监测、生物医药、国防军事等众多领域都具有巨大的应用价值。例如,在环境监测中,碳纳米管传感器可以快速、精准地检测空气中的有害气体,如甲醛、苯等,为我们的健康生活保驾护航;在生物医药领域,它能够实时监测生物体内的生物分子浓度变化,为疾病的早期诊断和治疗提供有力依据。进一步优化碳纳米管修饰电极技术,提高传感器各项性能,是当前研究的重要方向,相信在不久的将来,碳纳米管传感器将成为我们生活中不可或缺的一部分。

三、晶体管 —— 推动电子学新跨越

    随着传统场效应晶体管沟道材料单晶硅逐渐接近其性能极限,难以满足电子学进一步发展的需求,碳纳米管作为最具潜力替代硅作为晶体管沟道的纳米材料之一应运而生。2019年,美国麻省理工学院团队在《自然》杂志上发表的研究成果令人振奋[4],他们利用碳纳米管晶体管成功制造出16位微处理器,并展示了其可行性。这一里程碑式的突破标志着碳纳米管在晶体管领域的巨大潜力。碳纳米管晶体管凭借其优异的力学和电学性能,有望实现电子器件更小尺寸、更高性能和更低功耗的目标。它将为计算机芯片、通信设备等众多电子设备带来性能的大幅提升,推动整个电子学领域迈向一个新的高度。

    碳纳米管在微纳电子领域的应用场景极为广泛,其独特的性能优势正逐渐改变着我们对传统微纳电子器件的认知。

产品列表:
品名 CAS 货号
Arc-discharge-grown single-walled carbon nanotubes, Carbon tube content: 30-40%, diam: 1.2 - 1.7 nm, length: 400nm - 5 μm
电弧法单壁碳纳米管
1333-86-4 112060
Purified arc-discharge-grown single-walled carbon nanotubes, Carbon tube content: 60-70%, diam: 1.2 - 1.7 nm, length: 400nm - 5 μm
高纯电弧法单壁碳纳米管
1333-86-4 990858

我们还可以提供其他微纳电子学领域用的试剂,如:

1、光刻胶相关产品

品名 CAS 货号
Benzoin methyl ether, 98%
安息香甲基醚
3524-62-7 528064
Diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide, 99%
(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦
75980-60-8 567999
Tetramethylammonium hydroxide, 25% solution in H2O
四甲基氢氧化铵
75-59-2 457936
危化品
3-(Trimethoxysilyl)propyl methacrylate, 98%
3-(三甲氧基甲硅基)甲基丙烯酸丙酯
2530-85-0 175528
Isobornyl acrylate, 93%, stabilized with 200 - 400 ppm MEHQ
丙烯酸异冰片酯
5888-33-5 396012
Trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane, 97%
三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷
78560-45-9 549606
1-Hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 99%
1-羟基环己基苯基甲酮
947-19-3 330139
2,2-Dimethoxy-2-phenylacetophenone, 99%
2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮
24650-42-8 543244
3-Mercaptopropyltrimethoxysilane, 97%
3-巯基丙基三甲氧基硅烷
4420-74-0 180573
Methyl methacrylate, 99%
甲基丙烯酸甲酯
80-62-6 153563
危化品
2,2-Diethoxyacetophenone, 97%
2,2-二乙氧基苯乙酮
6175-45-7 131709
More

2、化学气相沉积(CVD)/原子层气相沉积原料(ALD)

品名 CAS 货号
Trimethyl(methylcyclopentadienyl)platinum(IV), 99%
三甲基(甲基环戊二烯基)合铂(IV)
94442-22-5 218004
3,3',3''-Phosphinetriyltris(propan-1-ol), 80%
三(3-羟基丙基)膦
4706-17-6 969970
Tungsten hexacarbonyl, 99%
六羰基钨
14040-11-0 194282
Tris(N,N'-di-i-propylformamidinato)lanthanum(III), (99.999+%-La) PURATREM La-FMD
三(N,N'-二-异丙基甲脒)镧(III)
1034537-36-4 57-1200
Trimethyl(methylcyclopentadienyl)platinum(IV), 99%
三甲基(甲基环戊二烯基)合铂(IV)
94442-22-5 218004
Xenon(II) fluoride, 99.5%
二氟化氙
13709-36-9 54-1500
Bis(diethylamino)silane, 98%, ≥99.99% metal basis, for CVD/ALD, please refer to the details page for ordering and cleaning cylinder
二(二乙氨基)硅烷
27804-64-4 957403
More

3、蚀刻剂

品名 CAS 货号
Gold etchant
金蚀刻剂
/ 044584
金蚀刻剂,与镍相容
金蚀刻剂,与镍相容
402518-42-7 651842
Copper etchant
铜蚀刻剂
/ 044583
铜蚀刻剂
铜蚀刻剂
200127-30-6 667528
Chromium etchant
铬蚀刻剂
/ 044582
Aluminum etchant
铝蚀刻剂
/ 044581
Nichrome etchant
镍铬合金蚀刻剂
/ 044585
镍铬合金蚀刻剂
镍铬合金蚀刻剂
/ 651834
Molybdenum etchant
钼蚀刻剂
/ 044768
Negative gel developer FX-A, 95%, High purity
负胶显影液FX-A
/ 9393343
3038 Photoresist developer, 2.380 ± 0.01wt%, high-purity, main component TMAH
3038正胶显影液
/ 9393345
陶瓷蚀刻剂 A
陶瓷蚀刻剂 A
/ 667447

4、湿电子化学品

品名 CAS 货号
Ethanol, 99.9%, EHL-II
乙醇
64-17-5 981866
危化品
Isopropanol, 99.9%, EHL-II
异丙醇
67-63-0 912913
危化品
Methanol, 99.9%, ELH-II
甲醇
67-56-1 934255
危化品
Negative adhesive rinsing solution FP-A, 99.8%, High purity
负胶漂洗液FP-A
/ 9393344
Negative gel developer FX-A, 95%, High purity
负胶显影液FX-A
/ 9393343
3038 Photoresist developer, 2.380 ± 0.01wt%, high-purity, main component TMAH
3038正胶显影液
/ 9393345
Hydrofluoric acid, HF:48.8-49.2 %, ELH-I
氢氟酸
7664-39-3 990529
危化品
Ammonium hydroxide solution, CMOS-Ⅲ, 28 - 30%
氨水
1336-21-6 947185
危化品
Phosphoric acid, 85%, EL
磷酸
7664-38-2 912879
危化品
Cyclohexane, 99.5%, CMOS-Ⅱ
环己烷
110-82-7 921949
危化品
Acetonitrile, 99.9%, ELH-Ⅲ
乙腈
75-05-8 905549
危化品
Dimethyl sulfoxide, 99.5%, EL-Ⅲ
二甲基亚砜
67-68-5 971012
参考文献:
  1. Yanjie Su. High-Performance Carbon-Based Optoelectronic Nanodevices [J]. Springer, 2022.
  2. YJ Su, et al. Carbon nanomaterials synthesized by arc discharge hot plasma [J]. Carbon, 2015, 83, 90-99.
  3. 张庆玲,李运琴.碳纳米管在微纳电子器件中的应用与研究[J].化工管理,2020,(17):146-147.
  4. Hills G, Lau C, Wright A, et al. Modern microprocessor built from complementary carbon nanotube transistors[J]. Nature, 2019, 572(7771): 595-602.
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