簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 楊朝順
論文名稱: 電漿輔助化學氣相沉積法合成單層奈米碳管之研究
Low temperature Growth of Single-Walled Carbon Nanotubes by PECVD
指導教授: 柳克強
K. C. Leou
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 原子科學院 - 工程與系統科學系
Department of Engineering and System Science
論文出版年: 2005
畢業學年度: 93
語文別: 中文
論文頁數: 88
中文關鍵詞: 單層奈米碳管電漿輔助成長
外文關鍵詞: PECVD, SWNT
相關次數: 點閱:3下載:0
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 本研究是探討電漿輔助化學氣相沉積法(Plasma-Enhanced CVD,
    PECVD)低溫成長單層奈米碳管(single-wall carbon nanotube),利用電漿解離和游離碳氫氣體(CH4)有效降低製程溫度,目前已可於500℃基板溫度成功成長單層奈米碳管。
    本研究探討製程參數如:溫度、成長時間、ICP 功率這些對CNT成長的影響,並且在找出最佳參數,在實驗結果發現溫度對於成長單層奈米探管的成長與否,以及試片上碳管品質有一個明顯的趨勢(利用拉曼光譜(Micro-Raman Spectroscopy)分析得知),越低溫便越不易成長單層奈米碳管,並且碳結構越差且雜質越多(以拉曼光譜的
    ID/IG 得知);成長時間方面主要是控制在適當的時間,使碳管可以成長到最長的長度,並且避免過長的時間造成催化金屬被毒化後還持續的累積雜質造成ID/IG變高;最後在ICP 功率主要發現當功率越低時,越適合單層奈米碳管的成長,且ID/IG 也會隨著功率的下降而下降,不過當低於某ㄧ個功率時將無法成長奈米碳管。
    最後根據我的研究可以成功在500℃的低溫成長單層奈米碳管,
    這個溫度比起熱裂解式化學氣相沉積法的成長溫度已大大的降低,所
    以利用電漿輔助成長的確大大的降低溫度,也說明了電漿對於低溫成
    長的重要性。


    目錄 摘要..............................................i 目錄............................................. iv 第一章 緒論 ......................................1 1-1 簡介奈米碳管結構、特性.............................1 1-2 奈米碳管的合成.....................................6 1-2-1 催化劑式化學氣相沈積法 (Catalytic Chemical Vapor Deposition, CCVD) ...................6 1-2-2 CCVD 製程中奈米碳管的成長機制................9 1-3 奈米碳管的應用.............................10 第二章 文獻回顧 .................................12 2-1 單層奈米碳管成長機制.......................12 2-2 基板和支撐層對於單層奈米碳管成長的影響.....16 2-2-1 基板種類...................................17 2-2-2 支撐材料種類 ..............................18 2-3 催化金屬對單層奈米碳管的影響...............20 vi 2-3-1 催化劑金屬種類 ............................21 2-3-2 催化劑金屬厚度 ............................23 2-4 溫度對單層奈米碳管的影響...................24 2-5 電漿對單層奈米碳管成長的影響...............26 2-5-1 離子轟擊的影響性...........................27 2-5-2 電漿鞘層對單層奈米碳管的影響...............28 2-5-3 電漿模擬...................................29 2-5-4 電漿放射光譜量測...........................33 第三章 研究方法及設備............................37 3-1 研究方法...................................37 3-1-1 成長單層奈米碳管的條件論述.................37 3-1-2 基板催化金屬的製備及選擇和如何活化催化金屬.38 3-1-3 PECVD 成長單層奈米碳管的碳源電漿環境條件....41 3-2 碳管合成系統...............................43 3-2-1 電感耦合式電漿的基本原理...................43 3-2-2 高密度電漿源之ICP-CVD 系統設備.............45 3-2-3 表面溫度的量測與校正.......................49 vii 3-3 碳管分析設備...............................51 3-3-1 微拉曼光譜儀.........................51 3-3-2 場發射掃瞄式電子顯微鏡.....................52 第四章 結果與討論................................54 4-1 單層奈米碳管的成長...................................54 4-2 成長溫度的效應.......................................66 4-3 ICP 功率的效應........................................74 4-4 成長時間的差別.......................................80 第五章 總結與未來展望............................84 5-1 總結................................................84 5-2 未來展望............................................85 參考文獻.........................................86

    參考文獻
    [1] S. Iijima, Nature, 354, 56 (1991)
    [2] S. Iijima and T. Ichihashi, Nature, 363, 603 (1993)
    [3] D. S. Bethune et al., Nature, 363, 605 (1993)
    [4] M. S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, P. Avouris (Eds.),
    “Carbon Nanotubes:Synthesis, Structure, Properties, and
    Applications”,Springer, Berlin, (2002)
    [5] B. I. Yakobson and R. E. Smalley, Am. Sci. 85, 324 (1997)
    [6] M. S. Dresselhaus, G. Dresselhaus and P. C. Eklund,
    “Science of Fullerenes and Carbon Nanotubes”, Academic
    Press, San Diego, 1996
    [7] Hongjie Dai, Surface Science, 500, 218 (2002)
    [8] H. Dai, R. E. Smalley, Science 273, 483 (1996)
    [9] D. T. Colbert, R. E. Smalley et al, Chem. Phys. Lett. 243, 49 (1995)
    [10] Y. Chen, Z. L et al, Chem. Phys. Lett., 272, 178 (1997)
    [11] L. C. Qin, D. Zhou, A. R. Krauss, Appl. Phys. Lett., 72, 3437 (1998)
    [12] M. Meyyappan et al, Plasma Sources Sci. Technol. 12, 205 (2003)
    [13] S. Hofmann et al, Appl. Phys. Lett. 83, 4661 (2003).
    [14] S. Helveg et al, Nature 427, 426 (2004)
    87
    [15] PG Collins, MS Arnold, P Avouris. Science. 292, 706 (2001)
    [16] S. J. Tans et al, Nature, 393, 49 (1998)
    [17] Hongjie Dai, Yiming Li, et al, J. Phys. Chem. B, 105,11424 (2001)
    [18] Annick Loiseau et al, C. R. Physique, 4, 975 (2003)
    [19] Fre’de’ric Larouche, Olivier Smiljanic, Carbon, 43 986 (2005)
    [20] A. Gorbunov, O. Jost, W. Pompe, A. Graff, Carbon, 40, 113 (2002)
    [21] J. Gavillet et al, Phys. Rev. Lett., 87, 275504 (2001)
    [22] F. G. Shi et al, J. Mater. Res, 9, 1307 (1994)
    [23] 莊鎮宇,國立清華大學 工程與系統科學系博士論文。
    (中華民國九十三年)
    [24] Krivoruchko OP et al, Kinetics Catal, 39, 561 (1998)
    [25] Baker RTK et al, J Catal, 30, 86 (1973)
    [26] Hongjie Dai, Jing Kong and et al, Nature, 395, 878 (1998)
    [27] J Robertson et al, New Journal of Physics, 5, 153.1 (2003)
    [28] Ruth Y. Zhang et al , Nano. Letters. 3, 731 (2003)
    [29] Robert Seidel et al , J. Phys. Chem. B , 108, 1888 (2004)
    [30] Zhang Jin, Liu Zhongfan et al, J. Mater. Chem., 12, 1179 (2002)
    [31] Toshiaki Kato et al, Chem. Phys. Lett., 381, 422 (2003)
    [32] Hongjie Dai, Yiming Li et al, nano letters, 4, 317 (2004)
    [33] S. Gupta, R. J. Nemanich et al, Appl. Phys. Lett., 85, 2601 (2004)
    [34] Young Joon Yoon et al, Chem. Phys.Lett., 366, 109 (2002)
    88
    [35] Hongjie Dai et al, J. Phys. Chem. B, 105, 11424 (2001)
    [36] T.Kato et al, Thin Solid Films, 457, 2 (2004)
    [37] Hongjie Dai, Yiming Li et al, J. Phys. Chem. B, 105, 11424 (2001)
    [38] Z. F. Ren et al, SCIENCE, 282, 1105 (1998)
    [39] Toshiaki KATO et al, Jpn. J. Appl. Phys., 43, 1278 (2004)
    [40] I. B. Denysenko, S. Xu et al, J. Appl. Phys., 95, 2713 (2004)
    [41] R.M. Watwo et al, Journal of catalyst, 189, 16 (2000)
    [42] 董建宏,國立清華大學 工程與系統科學系碩士論文。
    (中華民國九十四年)
    [43] 翁政輝,國立清華大學 工程與系統科學系碩士論文。
    (中華民國九十三年)
    [44] M. S. Dresselhaus et al, J. Nanotech., 4, 691 (2004)
    [45] M. S. Dresselhaus et al, Phys.Rev.Lett., 86, 1118 (2001)
    [46] 林囿延,國立清華大學 工程與系統科學系碩士論文。
    (中華民國九十四年)
    [47] J. Cui, J. Appl. Phys. 81 (1997) 2856
    [48] H. C. Barshilia and V. D. Vankar, J. Appl. Phys. 80 (1996) 3694
    [49] J. B. O. Caughman, App. Phys. Lett. 83 (2003) 1027
    [50] 蘇煥傑,國立清華大學 工程與系統科學系碩士論文。
    (中華民國九十四年)

    無法下載圖示 全文公開日期 本全文未授權公開 (校內網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)

    QR CODE