Химическое осаждение (PECVD) углеродных нанотрубок
Углеродные нанотрубки, выращенные при температуре 650оС в плазме с частотой 13 МГц, на зародышевом слое Со толщиной 5 нм. Диаметр нанотрубок — 70 нм, высота — 1 мкм.
Оборудование: Nanofab 1200
Технологические особенности:
- реактор с двумя параллельными электродами;
- газовый душ для равномерного осаждения;
- температура процесса 600-1200оС;
- рабочие газы: C2H2 , CH4, H2, Ar;
- газ для чистки: О2;
- рабочее давление: до 5000 мТорр.
Результаты:
- Вертикальная скорость осаждения: более 40 нм/мин;
- Скорость роста в любом направлении 300 нм/мин.
 |
 |
 |
 |
|---|---|---|---|
| Рис.1. Рост углеродных нанотрубок без предварительной плазменной обработки. Только термический рост: 190 нм. | Рис.2. Рост углеродных нанотрубок с предварительная плазменной обработкой. Только термический рост: 1,4 мкм. (время процесса и условия те же, что и на Рис.1.) |
Рис.3. Рост углеродных нанотрубок с рабочими газами - C2H2/NH3; процесс роста - термический (без плазмы) | Рис.4. Тот же процесс, что и на Рис. 3 с добавлением 150 Вт НЧ мощности. |
Из вышеуказанной таблицы можно сделать выводы:
- использование предварительной плазменной обработки увеличивает активность катализатора;
- плазма с НЧ мощностью обеспечивает более высокую вертикальную ориентированность углеродных нанотрубок.
Типичные зародышевые слои (катализаторы): Au, Ni, Co, Ti, Fe.
Температура выращивания нанотрубок снижается при присутствии плазмы в процессе.
С помощью плазмы формируются зародышевые островки из катализаторов, которые не образовались бы под воздействием одной лишь температуры.
Предварительная плазменная обработка катализаторов позволяет увеличить густоту и скорость роста нанотрубок.
Такие свойства CNT как диаметр, плотность роста могут контролироваться выбором зародышевого слоя и параметрами технологического процесса. Скорость роста зависит от этих же параметров.
Углеродные нанотрубки выращенные при температуре 450оС на зародышевом слое Ni толщиной 1нм при частоте плазменного разряда 13 МГц. Высота нанотрубок - 500 нм, диаметр - 40 нм.
Фотография с ТЕМ многостеночных нанотрубок, выращенных при воздействии плазмы.
Углеродные нанотрубки высотой - 1000 нм, диаметром 15-40 нм, выращенные при воздействии плазмы.