本发明属于集成电路制造技术领域， 具体涉及一种对不同导电性能的碳 纳米管材料进行分离的方法。 背景技术

随着集成电路的发展， 基于硅材料的晶体管的继续缩小日益困难。 半导 体性碳纳米管由于具有小体积和电导率高的特 点， 在集成电路制造中具有很 高的应用价值， 而且由半导体性碳纳米管组成的场效应管可以 实现类似金属 -氧化物 -硅（ metal-oxide-silicon, MOS )场效应管的功能。 图 1是一个碳纳 米管场效应管， 栅极 101和半导体性碳纳米管 104之间有一层绝缘体进行绝 缘， 通过对栅极 101施加电压， 源极 102和漏极 103之间的电流大小可以被 控制。 此外， 金属性质的碳纳米管材料由于具有较低的电阻 值可以被应用的 到芯片的互连中。

目前， 在半导体性碳纳米管的制造过程中， 往往伴随着金属性碳纳米管 的产生。 当图 1中的半导体性碳纳米管 104被金属性碳纳米管取代后， 这个 场效应管的源极和漏极之间的电流是不受栅极 的电压所控制的， 也就是说， 这个由金属性碳纳米管构成的场效应管是失效 的。 因此， 半导体性碳纳米管 和金属性碳纳米管的分离对制造场效应管是至 关重要的。

参阅中国专利申请第 200580026051.0号， 目前分离半导体性碳纳米管和 金属性碳纳米管的方法通常是离心分离， 采用表面活性剂吸附碳纳米管， 使 不同特性的碳纳米管在吸附后的重量发生变化 ， 然后再离心提纯。 这种方法 需要使用特殊的表面活性剂和长时间的离心提 纯工序， 价格昂贵， 同样也就 不易于大规模生产。

本发明将此专利所记载的内容作为现有技术进 行引用。 发明的公开

本发明的目的在于提出一种简单易行、 成本低廉的分离不同导电性能的 碳纳米管材料的方法。

本发明提出的分离不同导电性能的碳纳米管材 料的方法，具体步骤如下： a )将集成电路材料浸泡在液体中， 所述集成电路材料为至少包含金属性 碳纳米管、 半导体性碳纳米管的混合材料； 所述液体为不导电或高电阻的液 体； b )将所述液体倒入一容器中；

C )在所述容器的四周设置一个电场和一对形成� �力线与所述电场相垂直 的磁极， 所述一对磁极的磁力线和电场的电力线都穿过 所述容器；

d )变换电场的电力线方向和大小以及磁力线的� �向和大小，所述集成电 路材料在所述容器中受到变换的电场和磁场的 作用， 而使金属性碳纳米管与 半导体性碳纳米管分离；

e )分别收集分离开的集成电路材料（包括分离� �的金属性碳纳米管与半 导体性碳纳米管）。

本发明中， 所述的一对磁极产生的磁场为永久磁场或电磁 场， 其强度为 0.00001 - 10特斯拉。

本发明中， 所述碳纳米管主要为半导体性碳纳米管、 金属性碳纳米管、 以及单原子层碳纳米管等。

本发明的制备方法所具有的有益效果是： 用筒单可靠的方法将金属性碳 纳米管和半导体性碳纳米管分离开来。 由于这种方法直接利用了金属性碳纳 米管和半导体性碳纳米管在特殊磁场中具有不 同电导率的特点， 因此分离技 术的选择性高， 分离后材料的纯度也比现有技术能得到的纯度 高。

附图的筒要说明

图 1是基于半导体性碳纳米管的场效应管结构图� �

图 2是本发明的集成电路材料分离方法的示意图� �

图 3是本发明的集成电路材料分离过程中碳纳米� �的微环境示意图。 图 4是图 2中在一对磁极产生的磁场中电场交变运动之� �碳纳米管移动 的具体实施例的示意图。 实现本发明的最佳方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一 步详细的说明。

本发明中， 术语 "液体" 是指不导电或高电阻液体。

图 2是本发明的碳纳米管分离方法的示意图， 即如何分离金属性碳纳米 管和半导体性碳纳米管的方法的示意图， 其中， 碳纳米管 205为多根金属性 碳纳米管中的一根， 碳纳米管 206为多根半导体性碳纳米管中的一根。 上述 这些碳纳米管被浸泡在容器 210中的液体中。磁极 201是 N极或者 S极， 而 磁极 202为 S极或者 N极。 这样， 磁极 201与磁极 202这两个相对的磁极构 成了一个磁场。 磁力线 211-a, 211-b, 211-c, 211-d表示所述磁极 201和磁 极 202之间的磁力线。 相对垂直于磁力线 211-a， 211-b, 211-c, 211-d的电 力线 212-a， 212-b, 212-c, 212-d有一对电极 203和电极 204所产生。 其中 电极 203和 204极性相反。 上述的一对磁极和一对电极都设置在容器 210的 四周。

当电极 203与电极 204之间的电场进行交变， 即原来的正极逐渐变为负 极， 同时原来的负极变为正极的过程中， 金属性碳纳米管 205的两端会相应 感应出电荷， 而纳米管内部会有电流通过。 图 3给出了图 2中所示碳纳米管 205所处的微环境。力线 311-a与 311-b代表着磁场的方向。电极 203带正电， 电极 204带负电。 碳纳米管两端会感生出电荷。 当电极 203改变为带负电而 电极 204改变为带正电时， 电流会流过碳纳米管。 因为金属性碳纳米管的电 阻远远小于半导体碳纳米管的电阻， 流过金属性碳纳米管的电流会大于半导 体碳纳米管的电流。 在图 2中， 当通过碳纳米管 205和碳纳米管 206的电流 与磁极 201和 202之间的磁力线存在一定夹角时， 会产生洛仑兹力。 该洛仑 兹力会导致碳纳米管移动。 由于通过金属性碳纳米管 205的电流比通过半导 体性碳纳米管 206的电流大， 碳纳米管 205的移动速度就比碳纳米管 206的 移动速度大， 也就是说， 在相同的时间内， 碳纳米管 205的移动距离比碳纳 米管 206的移动距离长。 因为移动距离的不同， 金属性碳纳米管和半导体性 碳纳米管就可以得到分离。

图 4是图 2中在交变电场中碳纳米管移动的示意图。 该图指出了在电场 和磁场同步交变后碳纳米管所处位置。 比如， 在磁场和电场同步交变之后， 金属性碳纳米管由碳纳米管 205所处的位置， 移动到了金属性碳纳米管 401 所处的位置。 由于半导体性碳纳米管的移动很慢， 在移动磁极 201与 202之 后， 半导体性碳纳米管从碳纳米管 206处在的位置， 移动到了半导体性碳纳 米管 402所处的位置。 在进行多次电场和磁场交变之后， 金属性碳纳米管就 可以被集中地分离到容器的一端并被收集， 从而可以将其与半导体性的碳纳 米管分离。

本发明未穷举实施例， 例如还可以使磁极 201和磁极 202往复交变， 而 使磁极 201、 202的极性或电极 203、 204的极性按磁极 201和磁极 202变化 规律同时对调即可。 也可以采用电磁铁来替代永磁体的磁极， 因此只需改变 电流方向即实现可对调磁极的极性。

利用本发明的设计原理， 还可以分离包含半导体性碳纳米管、 金属性碳 纳米管、 以及单原子层碳的集成电路材料。 工业应用性

本发明用简单可靠的方法将金属性碳纳米管和 半导体性碳纳米管分离开 来。 由于这种方法直接利用了金属性碳纳米管和半 导体性碳纳米管在特殊磁 场中具有不同电导率的特点， 因此分离技术的选择性高， 分离后材料的纯度 也比现有技术能得到的纯度高。