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定位裁剪多壁 碳 纳米管的方法

阅读：709发布：2020-05-12

专利汇可以提供定位裁剪多壁碳纳米管的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种定位裁剪多壁碳纳米管的方法。包括：将一个或多个多壁碳纳米管置于一基片上；在基片上形成一刻蚀用掩模，该刻蚀用掩模具有至少一个刻蚀窗口，每一刻蚀窗口分别对准并暴露出多个多壁碳纳米管中待裁剪的多壁碳纳米管的待裁剪部位；利用刻蚀工艺刻蚀去除待裁剪多壁碳纳米管的待裁剪部位处的一层或多层管壁。通过将多壁碳纳米管置于基片上，并在基片上形成至少一个刻蚀窗口的刻蚀用掩模，每一刻蚀窗口分别对准并暴露出多壁碳纳米管中的待裁剪部位，利用刻蚀工艺刻蚀去除待裁剪多壁碳纳米管裁剪部位处的一层或多层管壁。该方法实现了纳米尺度上多个碳纳米管的定位裁剪，操作工艺简单，可实现规模化生产。，下面是定位裁剪多壁碳纳米管的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种定位裁剪多壁碳纳米管的方法，包括：
将一个或多个多壁碳纳米管(10)置于一基片(20)上；
在所述基片(20)上形成一刻蚀用掩模，所述刻蚀用掩模具有至少一个刻蚀窗口(40)，每一所述刻蚀窗口(40)分别对准并暴露出所述多个多壁碳纳米管中的待裁剪的所述多壁碳纳米管(10)的待裁剪部位；
利用刻蚀工艺刻蚀去除所述待裁剪多壁碳纳米管(10)的所述待裁剪部位处的一层或多层管壁；
其中，所述刻蚀用掩模由布置在所述基片(20)上的光刻胶层(30)形成，并且，通过对所述光刻胶层(30)进行曝光形成所述刻蚀窗口(40)；
其中，对所述光刻胶层进行曝光包括，在所述基片(20)的预定位置处形成基准点标记(50)和一个或多个局域定位标记(60)，每一所述局域定位标记(60)相对于所述基准点标记(50)的位置参数是预先确定的；
获取所述待裁剪多壁碳纳米管(10)相对于与其相邻的所述局域定位标记(60)的局域位置参数；
根据所述待裁剪多壁碳纳米管(10)的局域位置参数以及所述局域定位标记(60)相对于所述基准点标记的位置参数获得所述待裁剪多壁碳纳米管(10)在所述基片(20)上相对于所述基准点标记(50)的全局位置参数；
根据所述待裁剪多壁碳纳米管(10)的全局位置参数确定所述刻蚀窗口(40)的全局位置参数；
根据所述刻蚀窗口(40)的全局位置参数形成带有与所述刻蚀窗口(40)相对应的刻蚀窗口图形的曝光图形；
其中，在对所述光刻胶层(30)进行所述曝光时，基于所述基准点标记(50)将所述曝光图形与所述基片(20)对准，以使得所述刻蚀窗口图形与需要在所述光刻胶层(30)中形成的所述刻蚀窗口(40)的位置相对准。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个局域定位标记(60)相互之间是可区分的。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述多个局域定位标记(60)中每一局域定位标记(60)由一矩形区域及位于该矩形区域内数字标记构成，并且任意两个局域定位标记(60)具有不同的数字标记。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述多个局域定位标记(60)布置成一个阵列并聚集在所述基片(20)的一个局部的定位标记区域内。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：
用原子力显微镜在所述局域定位标记(60)区域内扫描探测所述基片(20)上的所述多壁碳纳米管(10)，并获得所述待裁剪多壁碳纳米管(10)的所述局域位置参数。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，对所述光刻胶层(30)进行的所述曝光为电子束曝光。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述刻蚀工艺为等离子体刻蚀工艺；其中，所使用的工作等离子体为氩等离子体，所述氩等离子体的功率为5～50W，刻蚀腔体内的气压为50～100mTorr，刻蚀时间为30～120秒。
8.根据权利要求7中任一项所述的方法，其特征在于，采用金属薄膜沉积的方法在所述基片(20)的预定位置处形成基准点标记(50)和一个或多个局域定位标记(60)，以对所述多壁碳纳米管(10)的所述刻蚀窗口(40)定位。

说明书全文

定位裁剪多壁 碳 纳米管的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及碳纳米管微纳米器件技术领域，尤其是涉及一种定位裁剪多壁碳纳米管的方法。

背景技术

[0002] 碳纳米管(CNT)是一种近乎理想的一维纳米材料，具有优异的电学性能和机械性能，其在纳米晶体管、纳米传感器、微纳机械结构等领域具有重要的应用价值。

[0003] 碳纳米管根据碳原子管壁的层数可分为单壁碳纳米管(Single-walled carbon nanotube；SWCNT)和多壁碳纳米管(Multi-walled carbon nanotube；MWCNT),而多壁碳纳米管同时也可看作多根单壁碳纳米管以共轴的方式嵌套而成，值得注意的是，多壁碳纳米管中相邻管壁之间具有极小的摩擦力系数。多壁碳管这种多层共轴嵌套的结构和层间极小摩擦力系数的特性使其成为构建纳米转子、纳米电动机转子、纳米发电机转子等微纳结构的热门材料。然而，利用多壁碳纳米管构造微纳结构迫切需要在多壁碳管特定的位置进行裁剪，以形成刻蚀后的纳米结构。

[0004] 经过裁剪后的多壁碳纳米管，可以剥离掉其外壁或部分次外壁结构，进而形成实现将内层管壁暴露，为方便操纵内外层管壁相对运动提供机械力学附着点，获得可方便控制内外层管壁相对运动的多壁碳管结构。比如利用该结构可构造纳米转子等微纳结构。此外，基于材料的性质取决于材料的结构，对多壁碳纳米管进行裁剪可以改变其性质，从而可以用于构造新型的多壁碳纳米管晶体管等器件，因此，经剥离掉外壁或次外壁的多壁碳纳米管可以广泛地应用到微纳米器件中。

[0005] 目前，用于多壁碳纳米管裁剪的方法如电流烧蚀法，该方法是通过大电流加热多壁碳纳米管的特定区段至高温，然后进一步通过空气中的氧气氧化高温碳纳米管的管壁，以实现逐层烧蚀多壁碳纳米管，从而实现对多壁碳纳米管的裁剪。利用该方法可以在多壁碳纳米管特定的位置处构造电极，施加大电流也能实现多壁碳纳米管的定位烧蚀。然而，该方法操作比较复杂，并且只能单根多壁碳纳米管逐一实现电流烧蚀，不利于大规模生产。

[0006] 尽管从2000年人们开始尝试用多壁碳纳米管制备微纳米器件以来就一直渴望寻找一种能够有效率、简单且大规模地裁剪多壁碳纳米管的方法，但一直没有获得成功。

发明内容

[0007] 本发明的目的旨在提供一种定位裁剪多壁碳纳米管的方法，该方法可以逐层对多壁碳纳米管进行裁剪，不仅操作简单，而且还有利于实现大规模生产。

[0008] 为了实现上述目的，本发明提供了一种定位裁剪多壁碳纳米管的方法，包括：将一个或多个多壁碳纳米管置于一基片上；在基片上形成一刻蚀用掩模，该刻蚀用掩模具有至少一个刻蚀窗口，每一刻蚀窗口分别对准并暴露出多个多壁碳纳米管中待裁剪的多壁碳纳米管的待裁剪部位；利用刻蚀工艺刻蚀去除待裁剪多壁碳纳米管的待裁剪部位处的一层或多层管壁。

[0009] 进一步地，刻蚀用掩模由布置在基片上的光刻胶层形成，并且，通过对光刻胶层进行曝光形成刻蚀窗口。

[0010] 进一步地，定位裁剪多壁碳纳米管的方法还包括：

[0011] 在基片的预定位置处形成基准点标记和一个或多个局域定位标记，每一局域定位标记相对于基准点标记的位置参数是预先确定的；

[0012] 获取待裁剪多壁碳纳米管相对于与其相邻的局域定位标记的局域位置参数；

[0013] 根据待裁剪多壁碳纳米管的局域位置参数以及局域定位标记相对于基准点标记的位置参数获得待裁剪多壁碳纳米管在基片上相对于基准点标记的全局位置参数；

[0014] 根据待裁剪多壁碳纳米管的全局位置参数确定刻蚀窗口的全局位置参数；

[0015] 根据刻蚀窗口的全局位置参数形成带有与刻蚀窗口相对应的刻蚀窗口图形的曝光图形；其中，在对光刻胶层进行曝光时，基于基准点标记将曝光图形与基片对准，以使得刻蚀窗口图形与需要在光刻胶层中形成的刻蚀窗口的位置相对准。

[0016] 进一步地，多个局域定位标记相互之间是可区分的。

[0017] 进一步地，多个局域定位标记中每一局域定位标记由一矩形区域及位于该矩形区域内的数字标记构成，并且任意两个局域定位标记具有不同的数字标记。

[0018] 进一步地，多个局域定位标记布置成一个阵列并聚集在基片的一个局部的定位标记区域内。

[0019] 进一步地，定位裁剪多壁碳纳米管的方法还包括：用原子力显微镜在局域定位标记区域内扫描探测基片上的多壁碳纳米管，并获得待裁剪多壁碳纳米管的局域位置参数。

[0020] 进一步地，对光刻胶层进行的曝光为电子束曝光。

[0021] 进一步地，刻蚀工艺为等离子体刻蚀工艺；其中，所使用的工作等离子体为氩等离子体，氩等离子体的功率为5～50W，刻蚀腔体内的气压为50～100mTorr，刻蚀时间为30～120秒。

[0022] 进一步地，采用金属薄膜沉积的方法在基片的预定位置处形成基准点标记和一个或多个局域定位标记，以对多壁碳纳米管的刻蚀窗口进行定位。

[0023] 本申请的发明人经过研究发现，采用在现有技术中已经非常成熟的刻蚀工艺(特别是电子束曝光和等离子体刻蚀)就有可能解决前述的本领域技术人员长期渴望解决的技术问题。通过将多壁碳纳米管置于基片上，并在基片上形成具有至少一个刻蚀窗口的刻蚀用掩模，使得每一刻蚀窗口分别对准并暴露出多壁碳纳米管中的待裁剪的多壁碳纳米管的待裁剪部位，之后利用刻蚀工艺刻蚀去除待裁剪多壁碳纳米管裁剪部位处的一层或多层管壁。采用本发明所提供的刻蚀方法，相对于现有的电流烧蚀的方法，实现了在纳米尺度上多个碳纳米管或者碳纳米管的多个部位的同时定位裁剪，操作工艺简单，可以大规模制备特定的多壁碳纳米管结构，能够实现规模化生产。

[0024] 此外，本发明还可以通过选择合适的刻蚀参数，控制多壁碳纳米管的管壁裁剪层数，即可以根据需要刻蚀多壁碳纳米管的一层或者多层管壁。本发明所提供的定位裁剪多壁碳纳米管的方法，在碳纳米管晶体管、轴承结构的碳纳米管齿轮、轴承结构的碳纳米管电动机、轴承结构的碳纳米管发电机等微纳米结构设计领域具有重要的应用价值。

[0025] 根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

[0026] 后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

[0027] 图1为根据本发明典型实施例中定位刻蚀多壁碳纳米管的工艺流程示意图；

[0028] 图2为本发明实施例1中制备的多壁碳纳米管在刻蚀前、后的原子力显微镜图；

[0029] 图3为对应于图2中多壁碳纳米管样品在刻蚀前、后的高度测量图；

[0030] 图4为多壁碳纳米管的刻蚀区域以及被光刻胶掩膜层覆盖的区域的原子力显微镜图；

[0031] 图5为多(双)壁碳纳米管的刻蚀区域其外壁被去除后露出的次外壁的放大结构示意图；

[0032] 图6为双壁碳纳米管的被光刻胶掩膜层覆盖的区域其外壁未被去除的放大结构示意图。

[0033] 图7为在硅片上利用电子束曝光的方法制备数字标记时所用的曝光图形；

[0034] 图8为分散有多壁碳纳米管且带有数字标记的硅片表面的原子力显微镜照片；

[0035] 图9为用于第二次电子束曝光的曝光图案；

[0036] 图10为图9中的标记x所示区域的放大图，其中显示了数字标记和用于套刻的图层x1(电子束曝光写场校准图层)部分图形(正方形图形所示)；以及

[0037] 图11为图9中标记y所示区域的放大图。

具体实施方式

[0038] 为了解决现有技术中采用电流烧蚀的方法在多壁碳纳米管的特定位置构造微纳结构时，只能单一逐根电流烧蚀进而实现对多壁碳纳米管管壁的裁剪，无法规模化生产并且工艺复杂的问题，本发明提供了一种定位裁剪多壁碳纳米管的方法。如图1所示，该定位裁剪多壁碳纳米管的方法包括以下步骤：将一个或多个多壁碳纳米管10置于一基片20上，并在基片20上形成一刻蚀用掩模。该刻蚀用掩模具有至少一个刻蚀窗口40，其中每一刻蚀窗口40分别对准并暴露出多个多壁碳纳米管中的待裁剪的多壁碳纳米管10的待裁剪部位，之后利用刻蚀工艺刻蚀去除待裁剪多壁碳纳米管10的待裁剪部位处的一层或多层管壁。

[0039] 本发明所提供的方法在纳米尺度上实现了一个或多个碳纳米管或碳纳米管的多个部位的同时定位裁剪，操作工艺简单，而且可以大规模制备特定的多壁碳纳米管结构，能够实现规模化生产。

[0040] 在本发明的一个典型实施例中，如图1所示，在基片20上形成的刻蚀用掩模由布置在基片20上的光刻胶层30形成。并且，通过对光刻胶层30进行曝光形成刻蚀窗口40。除了光刻胶层形成掩膜外，还可以采用其它方法，如蒸镀金属层、自组装微纳颗粒等形成掩膜。采用光刻胶层30形成刻蚀用掩膜，其是目前工业界的标准工艺，工艺简单，便于后续电子束曝光。

[0041] 如图1所示，定位裁剪多壁碳纳米管的方法一般包括以下步骤：提供如图1(a)所示的基片20，该基片20上分散有一个或多个多壁碳纳米管10以及上述所提到的用于对多壁碳纳米管10定位的基准点标记50和一个或多个局域定位标记60。在图1(a)中仅示意性地示出了某个局域定位标记60中的一个字母标记。为了更方便精确地定位多壁碳纳米管10与字母标记a的局域位置参数，优选采用四个直角设置在字母的四个角上。

[0042] 在本发明的一个优选实施例中，可以先在基片20上分散多壁碳纳米管10，之后再在基片20上形成定位标记，进而对多壁碳纳米管进行套刻。在本发明的另一个优选实施例中，还可以先在基片20上形成定位标记，之后再在基片20上分散多壁碳纳米管10。其制备方法包括：先在基片20的表面上旋涂光刻胶层。对具有光刻胶层的基片20曝光和显影，以在基片上露出待制作标记的区域。在待制作标记的区域形成用于对多壁碳纳米管定位的标记，以准确地对待刻蚀的多壁碳纳米管定位。之后剥离基片上未曝光部分的光刻胶，并将多壁碳纳米管分散或生长在基片上。无论是先在基片上分散或生长多壁碳纳米管，后在基片上形成定位标记的方式，还是先在基片上形成定位标记，之后分散或生长多壁碳纳米管的方式，均可以得到如图1(a)所示的结构。

[0043] 优选采用金属薄膜沉积的方法在基片20上形成定位标记，以对待刻蚀的多壁碳纳米管定位。在沉积金属薄膜时，可以采用金属靶溅射法，包括磁控溅射、直流辉光溅射和离子束溅射等，也可以采用金属蒸镀发法，包括热蒸发、电子束蒸发等。所采用的基片可以为带氧化硅层的硅片、云母薄片或金属薄片。为了使得金属薄膜能够在上述材料的基片上形成清晰的定位标记，优选沉积金属薄膜的物质为铬、金等。金属薄膜的厚度一般为30～500nm，以能够在基片上形成清晰的定位标记为准。

[0044] 上述的定位标记包括为了建立第二次曝光所需的直角坐标系而设置的基准点标记50以及为了确定套刻时所需的多壁碳管位置参数而设置的一个或多个局域定位标记60。在本发明的一个实施例中，首先在基片20的预定位置处形成基准点标记50和一个或多个局域定位标记60，每一局域定位标记60相对于基准点标记50的位置参数是预先确定的。之后获取待裁剪多壁碳纳米管10相对于与其相邻的局域定位标记60的局域位置参数，根据待裁剪多壁碳纳米管10的局域位置参数以及局域定位标记60相对于基准点标记的位置参数获得待裁剪多壁碳纳米管10在基片20上相对于基准点标记50的全局位置参数。进而根据待裁剪多壁碳纳米管10的全局位置参数确定刻蚀窗口40的全局位置参数，然后根据刻蚀窗口40的全局位置参数形成带有与刻蚀窗口40相对应的刻蚀窗口图形的曝光图形。其中，在对光刻胶层30进行曝光时，基于基准点标记50将曝光图形与基片20对准，以使得刻蚀窗口图形与需要在光刻胶层30中形成的刻蚀窗口40的位置相对准。优选采用原子力显微镜在局域定位标记60区域内扫描探测基片20上的多壁碳纳米管10，并获得待裁剪多壁碳纳米管10的局域位置参数。

[0045] 优选地，多个局域定位标记60相互之间是可区分的。由于多局域定位标记60相互之间时可区分的，因此在确定待刻蚀的多壁碳纳米管10或者刻蚀窗口40与某个局域定位标记60的局域位置参数时更加快速准确，否则容易使得局域定位标记60混淆，导致得到错误的多壁碳纳米管的局域位置参数。在本发明的一个优选实施例中，多个局域定位标记60中每一局域定位标记60由一矩形区域及位于该矩形区域内数字标记构成，并且任意两个局域定位标记60具有不同的数字标记。当然，在本发明的其它未示出的实施例中，也可以采用其它的如不同的字母、图形等标记构成，当然这些字母或图形也可以形成矩形区域外的其它如圆形等区域，只要能够方便地对多壁碳纳米管进行准确定位方便查找即可。在本发明的另一个优选实施例中，多个局域定位标记60布置成一个阵列并聚集在基片20的一个局域定位标记的区域内。

[0046] 通过基准点标记50和局域定位标记60的配合使用，实现了多壁碳纳米管的准确定位，这样在原子显微镜下能够方便、准确地找到待刻蚀多壁碳纳米管的位置，以实现后续套刻中的精确曝光和显影。

[0047] 设置好具有多壁碳纳米管10和标记的基片20后，如图1(b)所示，在基片20上旋涂光刻胶，然后曝光、显影。在本发明的一个典型实施例中，对光刻胶层30进行的曝光为电子束曝光。除此之外，还可以根据设计的曝光图形合理地选择紫外曝光、纳米压印等曝光方式。本发明所采用的电子束光刻胶是指正性光刻胶，如分子量为100k、300k、495k或950k的PMMA电子束光刻胶。旋涂时的转速可以为4000转/分。旋涂电子束光刻胶层后将该基片放在3000℃的热板上烘烤5分钟。虽然光刻胶中的溶剂能够帮助得到薄的光刻胶膜，但是其吸收光且影响光刻胶膜的黏附性，因此，需要通过烘烤使得电子束光刻胶中的大部分溶剂蒸发掉。其中，烘烤的温度和时间取决于工艺条件，如果过度烘烤则会导致光刻胶聚合，其光敏性降低；如果烘烤不足，则会影响粘附性和曝光。

[0048] 本发明采用上述套刻技术对待刻蚀多壁碳纳米管或其特定区域进行精确曝光和显影，得到了如图1(c)中所示的具有刻蚀窗口40的图形，并在其它不需要刻蚀的部分形成光刻胶掩膜层，进而对不需刻蚀的碳纳米管或其部分区域进行了保护。当然，采用本发明的技术方案不仅可以对某个碳纳米管的特定区域进行曝光，也可以对整个碳纳米管或多个碳纳米管同时曝光，可以实现规模化生产。

[0049] 得到图1(c)中所示结构的基片后，将其置于等离子刻蚀设备中刻蚀，如图1(d)所示。刻蚀气体可以为氩等离子体，刻蚀腔体内的气压可以为50～100mTorr，等离子体的刻蚀功率可以为5～50W，优选为10W。刻蚀时间可以为30～120秒，优选为60秒。经等离子体刻蚀，可以将刻蚀窗口40范围内的多壁碳纳米管的至少一层外壁刻蚀掉。本发明还可以对刻蚀参数进行合理选择，进而控制多壁碳纳米管的管壁刻蚀层数。

[0050] 将刻蚀后的基片放入丙酮中浸泡，一般需要浸泡24小时，以去除其它部分的光刻胶掩膜层。之后采用去离子水清洗基片，再将其置于300℃的热板上烘烤，以除去基片上残余的电子束光刻胶。此时，多壁碳纳米管的单层或多层外壁在刻蚀时被去除，而被光刻胶掩膜层覆盖的碳纳米管区域未被刻蚀。采用本发明的方法对多壁碳纳米管裁剪，实现了逐层刻蚀掩模区域中裸露(未被光刻胶掩膜层保护)部分的多壁碳纳米管区域。本发明可以得到具有类似于共轴的机械转子等纳米结构，外力可方便作用于内外层管壁使得内外层管发生相对运动。刻蚀后的多壁碳管的电学特性发生了改变，这也可用于构造新型的多壁碳管电学器件。

[0051] 下面结合更加具体的实施例进一步说明本发明的有益效果：

[0052] 1)取具有氧化硅层的硅片，清洁干净，以4000转/分的转速在硅片上均匀旋涂一层电子束光刻胶PMMA495，将硅片放在3000℃的热板上烘烤5分钟，使光刻胶固化。之后在硅片的边角处点上银胶颗粒，以用于下一步的电子束曝光。

[0053] 2)将步骤1)中得到的涂有电子束光刻胶的硅片置于电子束曝光系统中，以硅片左下方边角作为原点，以下边作为X轴建立曝光坐标系。设定曝光光阑为20μm，利用之前所点的银胶颗粒聚焦、调节像散、调节曝光电子束准直、调写场，并根据曝光电子束束流大小和曝光剂量计算曝光时间。

[0054] 3)导入图7中所示的曝光图案。该曝光图案中的图形包括用于建立第二次曝光和多壁碳纳米管定位所用到的坐标系的基准点标记50(图7中所示的十字曝光图形)和局域定位标记60(如图7中所示的数字阵列)，利用该曝光图案，在硅片的中心区域曝光。该数字阵列可以是包含100个数字的方阵排列，如从下到上按照顺序，第一横排为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9；然后第二横排为10、11、12、13、14、15、16、17、18、19；然后依次排列，每两个数字纵横间距为10微米。其中每个数字与图1(a)中的字母[a]具有相同的意义。

[0055] 4)取出经过曝光的硅片，进行显影与定影，显影液为2.5wt％的四甲基氢氧化铵，显影90秒，定影采用去离子水清洗30秒，用氮气吹干，这样在硅片上就得到了相应的光刻胶图形，后续在该区域形成定位标记。

[0056] 5)将硅片置于磁控溅射系统中，采用常规的磁控溅射薄膜技术先沉积厚度为5nm的铬，后沉积厚度为100nm的金。对硅片进行溶脱、清洗、氧等离子体去残胶，便可将图7中所示的曝光图案转移至硅片上。

[0057] 6)用溶液转移法将多壁碳纳米管分散至带有数字标记的洁净硅片上，具体操作步骤如下：a)先将1mg的多壁碳管粉末样品置于装有80ml的二氯乙烷的烧杯中，将该烧杯置于大功率超声机中超声90分钟，便可获得浅灰色的碳管溶液；b)将适量的碳管溶液装入离心管中，对其进行离心处理，离心时的转速设定为12000转/分钟，离心时间为15分钟，离心处理后，取离心管中上方透明清液；c)将透明清液滴在带有数字标记的硅片上，随即用气枪吹干溶液；d)反复重复步骤c)的操作，操作时间为15分钟；e)随后将硅片置于300℃的热板上，在空气中烘烤60分钟，此时便可获得分散有多壁碳管的样品基片。图8中显示了多壁碳纳米管在带有数字标记的样品硅片表面数字阵列区域某一处的分布情况。其中，60代表数字阵列中的数字标记，10代表多壁碳纳米管。

[0058] 7)选择和定位待刻蚀的多壁碳纳米管：利用原子力显微镜扫描硅片上的数字阵列区域，从而可以得到图8所示的显示硅片表面高度形貌的照片(照片中颜色的亮暗和硅片表面的高低具有定量关系)。利用原子力显微镜测量照片中所示区域中的部分碳纳米管的直径，从中挑选直径为2～3nm的多壁碳纳米管作为待刻蚀的碳纳米管。利用硅片上的四个十字图形(基准点标记50)建立一坐标系，其中数字阵列标记(即局域定位标记60)相对于四个十字图形的位置参数是已知的。根据原子力显微镜获得的硅片的图像以及待曝光图形的几何参数，获得待刻蚀的碳纳米管相对于与其相邻的数字阵列标记的局域位置参数。进一步，利用原子力显微镜记录的待刻蚀碳纳米管相对于与其相邻的数字标记的局域位置参数和该数字标记相对于十字图形标记(基准点标记)的位置参数，从而获得待刻蚀的碳纳米管在基片上相对于十字图形的全局位置参数。重复上述的步骤，可以选择和定位多个待刻蚀的碳纳米管。

[0059] 8)依据步骤7)中获得的待刻蚀碳纳米管在基片上的十字图形坐标系中的全局位置参数，进一步确定刻蚀窗口40的全局位置参数。根据刻蚀窗口40的全局位置参数形成带有与刻蚀窗口40相对应的刻蚀窗口图形的曝光图形。即依照该步骤便可获得第二次曝光所需的曝光图案，如图9-11所示。其中，图9为用于第二次电子束曝光的曝光图案，其中ZD58为硅基片标号。图10为图9中标记x所示区域的放大图，该放大图中显示数字阵列标记和用于套刻的图层(电子束曝光写场校准图层)部分图形(正方形图形，标记x1所示)。图11为图9中标记y所示区域的放大图，从图11中可以看出基于碳纳米管位置构建的刻蚀窗口40的图形和基于碳纳米管定位坐标所画的碳纳米管位置示意图形(标记z所示)。

[0060] 9)如图1中(a)(b)所示，将完成选择和定位的待刻蚀碳纳米管的硅片重复步骤1)和2)，即进行涂胶和调节曝光电子束校准，以硅片上的十字图形作为坐标系建立基准点坐标。

[0061] 10)导入第二次曝光所需的曝光图案，先曝光写场校准基准图层x1(该图层有四个图9中标记x1所示的正方形)，使其在预定位置曝光(要求曝光的各个正方形图形中心相应地落在数字标记0的左下角，9的右下角，90的左上角，99的右上角)。通过x1图层的3-5次曝光和写场校准操作，可以精确实现该套刻过程，其精度可控在50nm范围内。经过写场校准(套刻)后，进一步增加了曝光的精度。取出曝光后的基片，进行显影与定影，显影90秒，定影30秒，用氮气吹干，便可获得图1(c)所示的具有刻蚀窗口40的硅片，硅片上的其它部分具有光刻胶掩膜层。

[0062] 11)将图1(c)中具有刻蚀窗口40的硅片放入Oxford Plasmalab 80Plus反应离子刻蚀系统中，用氩等离子体进行刻蚀，腔体气压为100mTorr，刻蚀功率为10W，刻蚀时间为60s。

[0063] 12)将刻蚀后的硅片放入丙酮中浸泡24小时，随后用去离子水清洗硅片，之后置于300℃的热板上烘烤1小时，以除去基片上残余的电子束光刻胶，得到多壁碳纳米管。

[0064] 该多壁碳纳米管刻蚀区域的单层外管壁或多层管壁在刻蚀过程中被除去，被光刻胶掩膜层覆盖的区域则未被刻蚀。

[0065] 图2为实施例1中制备的多壁碳纳米管样品刻蚀前、后的原子力显微镜表征结果图。(a)区域表示刻蚀前的被光刻胶掩膜层所保护的区段A0、C0以及刻蚀窗口40区段B0；(b)区域表示刻蚀后被光刻胶掩膜层所保护的区段A1、C1以及刻蚀窗口40区段B1。图2中下方的部分表示相应刻蚀区和被刻蚀区的碳管区段在刻蚀前后的放大图，从中可以看出未被刻蚀区域的未被刻蚀的碳管区段刻蚀前后的颜色几乎没变，而刻蚀区域中的被刻蚀的碳管区段被刻蚀之后颜色变暗，根据原子显微镜采集图像的原理，颜色变暗，意味着被刻蚀的碳管区段直径变小。图3中的(c)和(d)分别对应于多壁碳纳米管样品在刻蚀前后的高度测量图，该高度表示碳纳米管的直径大小。从图3的(d)中可以看出，被光刻胶掩膜层所保护的区段A、C在刻蚀前、后的高度不变，而刻蚀窗口区段B在经过刻蚀后，碳纳米管的直径减小了约0.6纳米，大约为两层管壁的高度，即有两层碳纳米管壁被刻蚀除去。

[0066] 图4为多壁碳纳米管的原子力显微镜图，其中a区域为刻蚀窗口区段，b区域为被光刻胶掩膜层覆盖区域。图5为多(双)壁碳纳米管的刻蚀区域其外壁被去除后露出的次外壁的放大结构示意图；图6为多(双)壁碳纳米管的刻蚀过程中被光刻胶掩膜层覆盖的区域其外壁未被去除的放大结构示意图。从图5-6可以看出，外层管壁套设在内层管壁外部的双壁碳管的刻蚀区域经过刻蚀后，外层管壁被去除掉。

[0067] 至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

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