DE102010026921A1 - Method for separating and/or defined aligning of metallic and semiconductor single and/or double-walled carbon nano-small tubes, involves diverting alignment of regions forming metallic and/or semiconductor tubes from longitudinal axes - Google Patents

Abstract

The method involves irradiating carbon nano-small tubes with monochromatic electromagnetic radiation from a radiation source such as laser source and X-ray radiation source, and of two different wavelengths with a predetermined linear polarization direction, so as to separate the metallic and semiconductor carbon nano-small tubes. Alignment of regions forming the metallic carbon nano-small tubes and/or regions of the semiconductor carbon nano-small tubes is diverted from longitudinal axes of the nano-small tubes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum selektiven Trennen und/oder definiertem Ausrichten von metallischen und halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNT's), die vermischt miteinander angeordnet sind.The invention relates to a method for the selective separation and / or defined alignment of metallic and semiconducting carbon nanotubes (CNTs), which are mixed with one another.

Herstellungsbedingt bilden sich bei ihrer Herstellung sowohl metallische, wie auch halbleitende Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die in einem ungeordneten Gemisch vorliegen. Insbesondere bei einer Nutzung, bei der es auf die elektrischen und halbleitenden Eigenschaften ankommt, ist dies aber äußerst ungünstig. Probleme bereitet außerdem die regellose Ausrichtung der Kohlenstoff-Nanoröhrchen, was die Eigenschaften von beispielsweise Schichten, die mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen gebildet sind, betrifft.As a result of their production, both metallic and semiconducting carbon nanotubes, which are present in a disordered mixture, are formed during production. However, this is extremely unfavorable, especially in the case of use in which the electrical and semiconducting properties are important. Problems also arise from the random alignment of the carbon nanotubes, which affects the properties of, for example, layers formed with carbon nanotubes.

Es wurden daher in der Vergangenheit Versuche unternommen, um die unterschiedlichen Kohlenstoff-Nanoröhrchen voneinander zu trennen oder auch ihre Ausrichtung gezielt zu beeinflussen.Therefore, attempts have been made in the past to separate the different carbon nanotubes from each other or to influence their orientation targeted.

Mit dem Einsatz der Dielektrophorese konnte eine Ausrichtung und eine Trennung der beiden Arten von Kohlenstoff-Nanoröhrchen erreicht werden. Die erreichbare Ausbeute war sehr gering.With the use of dielectrophoresis, alignment and separation of the two types of carbon nanotubes could be achieved. The achievable yield was very low.

Für ein gezieltes Ausrichten von Kohlenstoff-Nanoröhrchen wurden Versuche mit einem Atomkraftmikroskop oder mit holographischen Pinzetten (holographic tweezer) unternommen. Es liegt auf der Hand, dass auch hier der Aufwand sehr hoch ist und eine Ausrichtung von lediglich einzelnen Kohlenstoff-Nanoröhrchen möglich ist, was für eine technologische Nutzung keinen geeigneten Weg darstellt.For a targeted alignment of carbon nanotubes experiments were made with an atomic force microscope or with holographic tweezers (holographic tweezer). It is obvious that the effort here is very high and an alignment of only single carbon nanotubes is possible, which is not a suitable way for a technological use.

So war es bisher nicht möglich, Kohlenstoff-Nanoröhrchen voneinander zu selektieren oder auch gezielt auszurichten, um ihre elektrischen oder halbleitenden Eigenschaften spezifisch für verschiedene Anwendungen mit vertretbarem Aufwand und Kosten bereitstellen zu können. Dies betrifft insbesondere den Einsatz für elektrische oder elektronische Schaltungen, bei denen auch die gute elektrische Leitfähigkeit von metallischen Kohlenstoff-Nanoröhrchen ausgenutzt werden kann.So far, it has not been possible to select carbon nanotubes from each other or to target them in order to provide their electrical or semiconducting properties specific for different applications with reasonable effort and cost. This applies in particular to the use of electrical or electronic circuits, in which the good electrical conductivity of metallic carbon nanotubes can be exploited.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten anzugeben, mit denen eine Selektion von metallischen und halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen und/oder deren gezielte Ausrichtung in Bezug zu ihren Längsachsen mit reduziertem technischen Aufwand und Kosten, bei einer erhöhten Ausbeute möglich ist.It is therefore an object of the invention to provide ways in which a selection of metallic and semiconductive carbon nanotubes and / or their targeted orientation with respect to their longitudinal axes with reduced technical complexity and costs, with an increased yield is possible.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten technischen Merkmalen erreichbar.According to the invention, this object is achieved by a method having the features of claim 1. Advantageous developments of the invention can be achieved with technical features designated in subordinate claims.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit monochromatischer elektromagnetischer Strahlung mit mindestens zwei voneinander abweichenden Wellenlängen und/oder elektromagnetischer Strahlung mit vorgegebener linearer Polarisationsrichtung, bevorzugt in einer oxidierenden Atmosphäre und/oder einem ein Oxidationsmittel enthaltendem Medium bestrahlt.In the method according to the invention, the carbon nanotubes are irradiated with monochromatic electromagnetic radiation having at least two mutually differing wavelengths and / or electromagnetic radiation with a predetermined linear polarization direction, preferably in an oxidizing atmosphere and / or a medium containing an oxidizing agent.

Dadurch werden metallische und/oder halbleitende Kohlenstoff-Nanoröhrchen lokal gezielt entfernt, so dass Bereiche die allein mit metallischen, allein mit halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen gebildet oder Bereiche in denen metallische und/oder halbleitende Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit jeweils bevorzugter aber voneinander abweichender Ausrichtung ihrer Längsachsen erhalten werden. Es können auch Bereiche erhalten werden in denen alle Kohlenstoff-Nanoröhrchen entfernt worden sind.As a result, metallic and / or semiconductive carbon nanotubes are selectively removed locally, so that areas formed solely with metallic, solely with semiconducting carbon nanotubes or areas in which metallic and / or semiconductive carbon nanotubes each with a preferred but divergent orientation of their longitudinal axes to be obtained. It can also be obtained areas in which all carbon nanotubes have been removed.

Die Bestrahlung kann dabei an den jeweiligen Positionen oder Bereichen mit einer monochromatischen elektromagnetischen Strahlung mindestens einer Wellenlänge durchgeführt werden, bei der eine der beiden Spezie von Kohlenstoff-Nanoröhrchen thermisch zersetzt, beispielsweise oxidiert werden und die jeweils andere Spezie von Kohlenstoff-Nanoröhrchen unbeeinflusst bleibt.The irradiation can be carried out at the respective positions or areas with a monochromatic electromagnetic radiation of at least one wavelength, in which one of the two species of carbon nanotubes thermally decomposes, for example, be oxidized and the other species of carbon nanotubes remains unaffected.

Neben der Auswahl einer geeigneten Wellenlänge der eingesetzten elektromagnetischen Strahlung kann auch allein oder zusätzlich eine bevorzugte und geeignete Polarisation der genutzten elektromagnetischen Strahlung ausgenutzt werden.In addition to the selection of a suitable wavelength of the electromagnetic radiation used, alone or in addition a preferred and suitable polarization of the electromagnetic radiation used can be utilized.

Es hat sich herausgestellt, dass eine gezielte Selektion oder auch Ausrichtung von einer der beiden Kohlenstoff-Nanoröhrchenarten mit mehreren unterschiedlichen Wellenlängen möglich ist und dabei aber keinerlei Beeinflussung der jeweils anderen Art der Kohlenstoff-Nanoröhrchen zu verzeichnen ist.It has been found that a targeted selection or alignment of one of the two types of carbon nanotubes with several different wavelengths is possible and there is no influence on the other type of carbon nanotubes.

Dabei sollte bei der/den für die Bestrahlung eingesetzte(n) ausgewählten) Wellenlängen) oder ein Wellenlängenbereich die jeweiligen Außendurchmesser der Kohlenstoff-Nanoröhrchen berücksichtigt werden. Liegen die Außendurchmesser der beiden Kohlenstoff-Nanoröhrchenarten im gleichen Bereich können die metallischen Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit elektromagnetischer Strahlung kleiner Wellenlänge als die halbleitenden CNT's entfernt werden.In this case, the selected outer wavelengths of the carbon nanotubes should be taken into account for the selected wavelength (s) used for the irradiation or a wavelength range. When the outside diameters of the two types of carbon nanotubes are in the same range, the metal carbon nanotubes can be removed with small wavelength electromagnetic radiation as the semiconductive CNTs.

Liegen aber in einem Gemisch halbleitende Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit sehr kleinem Außendurchmesser in Bezug zu dem Außendurchmesser metallischer Kohlenstoff-Nanoröhrchen vor, kann sich das Wellenlängenverhalten verändern und die halbleitenden können bei kleinerer Wellenlänge, als die metallischen Kohlenstoff-Nanoröhrchen entfernt werden. Hierbei müssen die Außendurchmesser der halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen jedoch mindestens 1,5-fach so groß, wie die der metallischen Kohlenstoff-Nanoröhrchen sein.However, if a mixture of semiconducting carbon nanotubes with a very small outer diameter in relation to the outer diameter of metallic carbon nanotubes is present in a mixture, the wavelength behavior may change and the Semiconducting can be removed at a smaller wavelength than the metallic carbon nanotubes. However, the outer diameters of the semiconductive carbon nanotubes must be at least 1.5 times as large as those of the metallic carbon nanotubes.

Außerdem kann ausgenutzt werden, dass eine höhere Absorption der elektromagnetischen Strahlung, die parallel zur Längsachse der Kohlenstoff-Nanoröhrchen auf diese gerichtet wird, auftritt und dadurch entsprechend ausgerichtete Kohlenstoff-Nanoröhrchen aus der gemischten Anordnung gezielt entfernt werden können. Andere Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die in der gewünschten Vorzugsausrichtung vorhanden sind, können unbeeinflusst bleiben und in dieser Ausrichtung nach der Bestrahlung genutzt werden. Bei der Bestrahlung kann dies mittels geeigneter linearer Polarisierung der elektromagnetischen Strahlung erreicht werden.In addition, it can be exploited that a higher absorption of the electromagnetic radiation, which is directed parallel to the longitudinal axis of the carbon nanotubes on this, occurs and thereby aligned carbon nanotubes can be selectively removed from the mixed arrangement. Other carbon nanotubes that are present in the desired preferred orientation may be unaffected and used in this orientation after irradiation. During irradiation, this can be achieved by means of suitable linear polarization of the electromagnetic radiation.

So kann eine Ausrichtung von metallischen und halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen durch eine Bestrahlung mit senkrecht zur Längsachse der Kohlenstoff-Nanoröhrchen polarisierter elektromagnetischer Strahlung mit der keine Entfernung halbleitender Kohlenstoff-Nanoröhrchen erreicht wird und eine Bestrahlung mit parallel zur Längsache von Kohlenstoff-Nanoröhrchen polarisierter elektromagnetischer Strahlung durchgeführt werden, um metallische Kohlenstoff-Nanoröhrchen zu entfernen.Thus, alignment of metallic and semiconductive carbon nanotubes can be achieved by irradiation with electromagnetic radiation polarized perpendicular to the longitudinal axis of the carbon nanotubes with no removal of semiconductive carbon nanotubes, and irradiation with electromagnetic radiation polarized parallel to the longitudinal axis of carbon nanotubes be used to remove metallic carbon nanotubes.

Die selektive Entfernung der metallischen und/oder halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen kann jeweils bei einem einzigen Bestrahlungsgang mit zur selektiven Entfernung geeigneter Wellenlänge einer monochromatischen elektromagnetischen Strahlung für metallische oder halbleitende Kohlenstoff-Nanoröhrchen erreicht werden. Dies kann aber auch durch wiederholte Bestrahlung derselben Positionen oder Bereichen erreicht werden, die zeitlich nacheinander folgend durchgeführt werden. Dabei kann für die Entfernung metallischer und/oder halbleitender Kohlenstoff-Nanoröhrchen elektromagnetische Strahlung mit voneinander abweichenden Wellenlängen oder Wellenlängenbereichen eingesetzt werden. Demzufolge kann für jede der Kohlenstoff-Nanoröhrchenspezie elektromagnetische Strahlung mit unterschiedlichen Wellenlängen gleichzeitig eingesetzt werden.The selective removal of the metallic and / or semiconducting carbon nanotubes may each be accomplished in a single irradiation step for selectively removing a suitable wavelength of monochromatic electromagnetic radiation for metallic or semiconductive carbon nanotubes. However, this can also be achieved by repeated irradiation of the same positions or areas, which are carried out sequentially in time. In this case, for the removal of metallic and / or semiconductive carbon nanotubes, electromagnetic radiation having wavelengths or wavelength ranges deviating from one another can be used. As a result, electromagnetic radiation of different wavelengths can be simultaneously used for each of the carbon nanotube species.

Bei der Erfindung besteht in einer Alternative die Möglichkeit eine parallel zur Längsachse von Kohlenstoff-Nanoröhrchen polarisierte elektromagnetische Strahlung auf einen Bereich in dem sowohl metallische, wie auch halbleitende Kohlenstoff-Nanoröhrchen vorhanden sind, zu richten. Die entsprechend ausgerichteten, bevorzugt die metallischen Kohlenstoff-Nanoröhrchen können so entfernt werden, wohingegen die halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen verbleiben.In the invention, in an alternative, it is possible to direct electromagnetic radiation polarized parallel to the longitudinal axis of carbon nanotubes to a region in which both metallic and semiconductive carbon nanotubes are present. The appropriately oriented, preferably the metallic carbon nanotubes can be removed, whereas the semiconductive carbon nanotubes remain.

Im Anschluss an diese Entfernung metallischer Kohlenstoff-Nanoröhrchen kann in einem weiteren Schritt, eine linear polarisierte elektromagnetische Strahlung eingesetzt werden, um halbleitende Kohlenstoff-Nanoröhrchen entlang der Polarisationsachsrichtung zu entfernen. Bei diesem Schritt sollte dann die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung größer, als bei dem vorab beschriebenen Verfahrensschritt sein. Die Ausrichtung der Polarisationsachsrichtung kann bei der Bestrahlung konstant sein oder auch verändert werden.Following this removal of metallic carbon nanotubes, in a further step, linearly polarized electromagnetic radiation can be used to remove semiconducting carbon nanotubes along the polarization axis direction. In this step, the wavelength of the electromagnetic radiation should then be greater than in the method step described above. The orientation of the polarization axis direction can be constant during the irradiation or can also be changed.

So kann eine Schicht oder nebeneinander oder übereinander angeordnete Bereiche einer oder mehrerer Schicht(en) mit nebeneinander angeordneten metallischen und halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen erhalten werden, die jeweils in einer Vorzugsachsrichtung ausgerichtet sind. Bevorzugt sollten diese Achsrichtungen der unterschiedlichen Nanoröhrchen senkrecht zueinander ausgerichtet sein.Thus, a layer or juxtaposed or superimposed regions of one or more layer (s) can be obtained with juxtaposed metallic and semiconductive carbon nanotubes, each oriented in a preferred axial direction. Preferably, these axial directions of the different nanotubes should be aligned perpendicular to each other.

Bei einer anderen Alternative kann zuerst unpolarisierte oder zirkularpolariserte elektromagnetische Strahlung eingesetzt werden, mit der durch die Bestrahlung die halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen im bestrahlten Bereich durch thermische Zersetzung entfernt werden. In diesem Bereich verbleiben dann ausschließlich metallische Kohlenstoff-Nanoröhrchen, wodurch bereits ein elektrisch gut leitender Bereich erhalten werden kann.In another alternative, unpolarized or circularly polarized electromagnetic radiation can be used first with which the irradiation removes the semiconductive carbon nanotubes in the irradiated area by thermal decomposition. In this area then remain only metallic carbon nanotubes, which already an electrically good conductive range can be obtained.

In einem nachfolgenden Schritt können dann durch Bestrahlung mit parallel zu einer gewünschten Vorzugsachsrichtung für metallische Kohlenstoff-Nanoröhrchen linear polarisierter elektromagnetischer Strahlung metallische Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die in dieser Achsrichtung oder annähernd dazu ausgerichtet sind, entfernt werden, wohingegen senkrecht oder mit großem Winkelabstand zu den so entfernten metallischen Kohlenstoff-Nanoröhrchen angeordnete metallische Kohlenstoff-Nanoröhrchen in diesem Bereich in der bevorzugten Achsrichtung verbleiben. Bei diesem Verfahrensschritt sollte elektromagnetische Strahlung mit kleinerer Wellenlänge, als in dem davor durchgeführten Verfahrensschritt eingesetzt werden.In a subsequent step, then by irradiation with parallel to a desired preferred axial direction for metallic carbon nanotubes linearly polarized electromagnetic radiation metallic carbon nanotubes, which are aligned in this axial direction or approximately to be removed, whereas perpendicular or at great angular distance to the so distant metallic carbon nanotubes arranged metallic carbon nanotubes remain in this area in the preferred axial direction. In this process step, electromagnetic radiation should be used with a smaller wavelength than in the previously performed process step.

Bei einem solchen Vorgehen können Bereiche einer Schicht erhalten werden, die ausschließlich aus metallischen Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit einer Vorzugsachsrichtung bestehen, so dass die weiter erhöhte elektrische Leitfähigkeit in dieser Achsrichtung ausgenutzt werden kann.With such a procedure, areas of a layer can be obtained which consist exclusively of metallic carbon nanotubes with a preferred axial direction, so that the further increased electrical conductivity in this axial direction can be utilized.

Bei der Erfindung besteht vorteilhaft die Möglichkeit ein Gemisch mit metallischen und halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen als Beschichtung auf eine Substratoberfläche aufzubringen. Hierfür können verschiedenste an sich bekannte Auftragsverfahren, mit und ohne Zusätze in denen Kohlenstoff-Nanoröhrchen enthalten sind, eingesetzt werden.In the invention, there is advantageously the possibility of a mixture with metallic and semiconducting carbon nanotubes as a coating to apply a substrate surface. For this purpose, a variety of known per se application methods, with and without additives in which carbon nanotubes are included, can be used.

Die durch die Beschichtung ausgebildete Schicht kann dann lokal differenziert mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt werden, um gezielt eine bestimmte Art oder auch in nicht gewünschter Ausrichtung in der Schicht vorhandene Kohlenstoff-Nanoröhrchen selektiv zu entfernen.The layer formed by the coating can then be radiated locally differentiated with electromagnetic radiation to selectively selectively remove a certain type or even in undesired orientation in the layer existing carbon nanotubes.

Dadurch können Bereiche auf der Substratoberfläche, die ausschließlich mit metallischen, ausschließlich mit halbleitenden, Bereiche die keine Kohlenstoff-Nanoröhrchen aufweisen und/oder Bereiche bei denen metallische und/oder halbleitende Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit jeweils bevorzugter ggf. auch voneinander abweichender Ausrichtung ihrer Längsachsen vorhanden sind, erhalten werden. So lassen sich auf einem Substrat oder einem anderen geeigneten Träger elektrische und/oder elektronische Schaltungen herstellen, bei denen die vorteilhaften Eigenschaften der Kohlenstoff-Nanoröhrchen ausgenutzt werden können. Mit Bereichen, die ausschließlich aus halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen gebildet sind, können elektronische Bauelemente, wie z. B. Dioden oder Transistoren hergestellt werden, diese können mit Bereichen, die nur aus metallischen Kohlenstoff-Nanoröhrchen gebildet sind, elektrisch leitend kontaktiert werden. Bei solchen Schaltungen können alle Komponenten, also auch die elektrischen Leiterbahnen mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen gebildet sein.As a result, areas on the substrate surface, which have only metallic, exclusively with semiconducting, areas which have no carbon nanotubes and / or areas in which metallic and / or semiconductive carbon nanotubes each having preferably possibly also divergent alignment of their longitudinal axes are present , to be obtained. Thus, on a substrate or other suitable carrier electrical and / or electronic circuits can be produced, in which the advantageous properties of the carbon nanotubes can be exploited. With areas formed solely of semiconductive carbon nanotubes, electronic components such. As diodes or transistors are made, these can be electrically conductively contacted with areas that are formed only of metallic carbon nanotubes. In such circuits, all components, including the electrical interconnects can be formed with carbon nanotubes.

Für die Emission der für die selektive Entfernung einsetzbaren elektromagnetischen Strahlung können verschiedene Strahlungsquellen eingesetzt werden. So besteht die Möglichkeit geeignete Laserquellen einzusetzen, mit denen die monochromatische elektromagnetische Strahlung auf das Gemisch gerichtet werden kann. Mit einer Auslenkung eines Strahles der eingesetzten elektromagnetischen Strahlung (z. B. Laserstrahl) oder einer gezielte Relativbewegung eines genutzten Strahls und einem Gemisch von Kohlenstoff-Nanoröhrchen können gezielt Bereiche des Kohlenstoff-Nanoröhrchengemischs bestrahlt werden, um eine lokale Modifizierung zu erreichen. Es können unterschiedliche Laserquellen für die selektive Entfernung von metallischen oder halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen genutzt werden, mit denen Strahlung mit geeigneter Wellenlänge emittiert werden kann. Die eingesetzte Laserstrahlung kann mit für die Laserstrahlung bekannten optischen Elementen, z. B. Brewsterfenstern oder Farraday-Polarisatoren in gewünschter Form polarisiert werden.Various radiation sources can be used for the emission of the electromagnetic radiation which can be used for the selective removal. Thus, it is possible to use suitable laser sources, with which the monochromatic electromagnetic radiation can be directed to the mixture. With a deflection of a beam of the electromagnetic radiation used (eg laser beam) or a targeted relative movement of a used beam and a mixture of carbon nanotubes, areas of the carbon nanotube mixture can be selectively irradiated in order to achieve a local modification. Different laser sources can be used for the selective removal of metallic or semiconductive carbon nanotubes, with which radiation of a suitable wavelength can be emitted. The laser radiation used can be known with optical elements known for laser radiation, z. B. Brewster windows or Farraday polarizers are polarized in the desired shape.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, elektromagnetische Strahlung, die von einer Röntgenstrahlungsquelle emittiert wird, einzusetzen. Hierbei haben die im Vergleich zu Laserstrahlung kleinen Wellenlängen einen Vorteil für eine Miniaturisierung und daher entsprechend kleinen modifizierten Bereichen oder Strukturelementen. Zwischen den zu beeinflussenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen und der Röntgenstrahlungsquelle kann ein für Röntgenstrahlung geeigneter Monochromator angeordnet werden. Dies kann beispielsweise ein Kristallmonochromator oder ein so genannter Göbelspiegel sein.However, it is also possible to use electromagnetic radiation emitted by an X-ray source. In this case, the small wavelengths compared to laser radiation have an advantage for miniaturization and therefore correspondingly small modified regions or structural elements. A monochromator suitable for X-radiation can be arranged between the carbon nanotubes to be influenced and the X-ray radiation source. This can be for example a crystal monochromator or a so-called Göbelspiegel.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, eine Lichtquelle einzusetzen, mit der elektromagnetische Strahlung mit einem Wellenlängenspektrum emittiert werden kann. Dies kann beispielsweise eine Weisslichtquelle sein. Für eine Nutzung geeigneter Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung können geeignete optische Filter zwischen der Lichtquelle und den zu beeinflussenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen angeordnet werden, die für die jeweilige gewünschte Wellenlänge oder einen Wellenlängenbereich optisch transparent sind. Hierfür können aber auch durchstimmbare optische Filter, wie z. B. Fabry-Perrot-Interferrometer eingesetzt werden, die für mehr als eine Wellenlänge optisch transparent einstellbar sind. Für eine bevorzugte Ausrichtung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen kann es auch ausreichen, die von einer solchen Lichtquelle emittierte elektromagnetische Strahlung lediglich gezielt linear zu polarisieren. Hierfür kann ein Polarisationsfilter im Strahlengang zwischen Lichtquelle und Kohlenstoff-Nanoröhrchen angeordnet werden.However, it is also possible to use a light source with which electromagnetic radiation having a wavelength spectrum can be emitted. This can be, for example, a white light source. For use of suitable wavelengths of the electromagnetic radiation, suitable optical filters can be arranged between the light source and the carbon nanotubes to be influenced, which are optically transparent for the respective desired wavelength or a wavelength range. For this purpose, but also tunable optical filters such. B. Fabry-Perrot interferometers are used, which are optically transparent adjustable for more than one wavelength. For a preferred orientation of carbon nanotubes, it may also be sufficient to selectively linearly polarize the electromagnetic radiation emitted by such a light source. For this purpose, a polarizing filter can be arranged in the beam path between the light source and the carbon nanotube.

Vor oder auch bei der Durchführung der Bestrahlung für eine selektive Entfernung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen können diese durch einen Energieeintrag aktiviert werden. Dies kann im einfachsten Fall eine Vorwärmung sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit die jeweiligen Kohlenstoff-Nanoröhrchen einem elektrischen oder elektromagnetischen Feld gleichzeitig oder nacheinander auszusetzen.Before or even when carrying out the irradiation for a selective removal of carbon nanotubes, they can be activated by an energy input. This can be a preheat in the simplest case. However, it is also possible to expose the respective carbon nanotubes to an electric or electromagnetic field simultaneously or in succession.

Es wurde hier bereits angesprochen, dass Kohlenstoff-Nanoröhrchen als Beschichtung auf eine Substratoberfläche aufgetragen werden können. Dabei können sie auch in einem Medium enthalten sein. Als Medium kommen unterschiedliche Flüssigkeiten oder auch Aerogele in Frage. Flüssigkeiten können mit den Kohlenstoff-Nanoröhrchen eine Suspension/Dispersion oder Lösung bilden. Sollte die selektive Entfernung dann erfolgen, wenn sie in dem Medium enthalten sind, soll das Medium für die eingesetzten elektromagnetischen Strahlungen ausreichend optisch transparent und für die thermische Zersetzung der Kohlenstoff-Nanoröhrchen geeignet sein. Demzufolge sollte das Medium eine geeignete Sauerstoffverbindung sein oder eine solche enthalten. Dies kann beispielsweise SO₃, N₂O, CO₂ oder Wasser, bevorzugt Wasserdampf, sein.It has already been mentioned here that carbon nanotubes can be applied as a coating to a substrate surface. They can also be contained in a medium. As a medium different liquids or aerogels come into question. Liquids can form a suspension / dispersion or solution with the carbon nanotubes. Should the selective removal occur when they are contained in the medium, the medium for the electromagnetic radiation used should be sufficiently optically transparent and suitable for the thermal decomposition of the carbon nanotubes. Accordingly, the medium should be or contain a suitable oxygen compound. This can be, for example, SO ₃ , N ₂ O, CO ₂ or water, preferably water vapor.

Die selektive Entfernung kann aber auch in oxidierender Atmosphäre durchgeführt werden. Dies kann in reiner Luft oder auch in Luft mit erhöhtem Sauerstoffanteil oder reinem Sauerstoff erfolgen. The selective removal can also be carried out in an oxidizing atmosphere. This can be done in pure air or in air with an increased oxygen content or pure oxygen.

Die elektromagnetische Strahlung sollte fokussiert auf die Kohlenstoff-Nanoröhrchen gerichtet werden. Die Strahlung kann dabei zweidimensional ausgelenkt werden, um eine lokal differenzierte Einflussnahme auf Kohlenstoff-Nanoröhrchen ausüben zu können. Es können aber auch Masken eingesetzt werden, um eine Struktur mit definiert modifizierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen aufweisenden oder davon freien Bereichen auszubilden, wie es in ähnlicher Form aus der Lithografie bekannt ist. Es können Schlitz- oder Gittermasken eingesetzt werden. Bei der Fokussierung ist es auch vorteilhaft, eine Veränderung der Brennweite vornehmen zu können, mit der auch die dritte Dimension berücksichtigt werden kann.The electromagnetic radiation should be focused on the carbon nanotubes. The radiation can be deflected two-dimensionally in order to exert a locally differentiated influence on carbon nanotubes. However, masks may also be used to form a structure with defined modified carbon nanotube-containing or non-free regions, as is known in similar fashion from lithography. Slot or grid masks can be used. When focusing, it is also advantageous to be able to make a change in the focal length, with which the third dimension can be taken into account.

Bei der Fokussierung können kreisförmige oder von einer Kreisform abweichende Brennfleckgeometrien eingestellt bzw. genutzt werden. Die Bestrahlung kann auch mit einem Linienfokus erfolgen, wobei die Ausrichtung des linienförmigen Brennflecks bevorzugt bei der Bestrahlung durch Drehung der Brennflecklängsachse verändert werden kann. Ein Linienfokus ist insbesondere bei Einsatz von Röntgenstrahlung günstig. Dieser kann analog zu der vorab erläuterten linearen Polarisation von Strahlung genutzt werden, um Beispielseise eine bevorzugte Ausrichtung von Nanoröhrchen einzustellen.When focusing can be set or used circular or deviating from a circular focal spot geometries. The irradiation can also take place with a line focus, wherein the orientation of the line-shaped focal spot can preferably be changed during the irradiation by rotation of the focal spot longitudinal axis. A line focus is particularly favorable when using X-rays. This can be used analogously to the previously explained linear polarization of radiation, for example, to set a preferred orientation of nanotubes.

Sind Kohlenstoff-Nanoröhrchen als Schicht auf einer Substratoberfläche ausgebildet, kann diese Schicht Bestandteil eines Mehrschichtsystems sein. So kann eine Zwischenschicht zwischen Substratoberfläche und einer Schicht mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen vorhanden sein. Allein oder zusätzlich kann eine Deckschicht auf der Schicht mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen ausgebildet sein. Außerdem können bei unterschiedlich modifizierten Bereichen einer Schicht mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen unterschiedliche Zwischen- und/oder Deckschichten vorhanden sein, mit denen die jeweiligen Eigenschaften der metallischen und/oder halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen, wie auch deren Ausrichtung berücksichtigt sein können.If carbon nanotubes are formed as a layer on a substrate surface, this layer can be part of a multilayer system. Thus, an intermediate layer between substrate surface and a layer with carbon nanotubes may be present. Alone or in addition, a cover layer may be formed on the layer with carbon nanotubes. In addition, in differently modified regions of a layer with carbon nanotubes, different intermediate and / or outer layers may be present, with which the respective properties of the metallic and / or semiconductive carbon nanotubes, as well as their orientation, can be taken into account.

Außerdem besteht die Möglichkeit auch einen modifizierten Schichtaufbau mit unterschiedlichen Kohlenstoff-Nanoröhrchen oder unterschiedlich ausgerichteten Kohlenstoff-Nanoröhrchen auszubilden. So kann eine Schicht mit metallischen Kohlenstoff-Nanoröhrchen auf einer Schicht mit halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen ausgebildet sein oder umgekehrt. Eine entsprechend modifiziert mit einer Art der Kohlenstoff-Nanoröhrchen gebildeten Schicht, kann auch von zwei Schichten der anderen Spezie von Kohlenstoff-Nanoröhrchen an zwei Seiten eingeschlossen sein. Bei der Herstellung eines solchen Mehrschichtaufbaus können von zwei Seiten die jeweiligen elektromagnetischen Strahlungen auf einen Bereich für die jeweilige Schicht gerichtet werden. Dabei sollte eine zur Entfernung der einen Kohlenstoff-Nanoröhrchenart durch ein optisch transparentes Substrat auf die zu entfernenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen gerichtet und unter Berücksichtigung der Position bzw. des Abstandes fokussiert worden sein.In addition, it is also possible to form a modified layer structure with different carbon nanotubes or differently oriented carbon nanotubes. Thus, a layer of metallic carbon nanotubes may be formed on a layer of semiconductive carbon nanotubes or vice versa. A layer modified accordingly with one type of carbon nanotube may also be enclosed by two layers of the other species of carbon nanotubes on two sides. When producing such a multi-layer structure, the respective electromagnetic radiation can be directed from two sides to an area for the respective layer. One should have been directed to remove one carbon nanotube species by an optically transparent substrate on the carbon nanotubes to be removed and focused in consideration of the position or the distance.

Für eine definierte Entfernung metallischer Kohlenstoff-Nanoröhrchen kann elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich 0,1 nm bis 1500 nm und für eine definierte Entfernung halbleitender Kohlenstoff-Nanoröhrchen im Wellenlängenbereich 0,5 nm bis 3000 nm erreicht werden.For a defined distance of metallic carbon nanotubes electromagnetic radiation in the wavelength range 0.1 nm to 1500 nm and for a defined distance of semiconducting carbon nanotubes in the wavelength range 0.5 nm to 3000 nm can be achieved.

Für die Herstellung einer elektronischen Schaltung kann ein Verfahren mit unterschiedlichen lithografischen Masken und eine lokal gezielte Bestrahlung mit Röntgenstrahlung durchgeführt werden. Dabei kann weiche, polarisierte von Röntgenlaserquellen emittierte elektromagnetische Strahlung mit unterschiedlichen spezifischen Wellenlängen, die im Bereich der Außendurchmesser von Kohlenstoff-Nanoröhrchen liegt, zum selektiven und lokalen begrenzten Entfernen von metallischen oder halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen, eingesetzt werden.For the production of an electronic circuit, a method with different lithographic masks and a locally targeted irradiation with X-radiation can be carried out. In this case, soft, polarized electromagnetic radiation emitted by X-ray laser sources with different specific wavelengths, which lies in the outer diameter of carbon nanotubes, for the selective and local limited removal of metallic or semiconducting carbon nanotubes can be used.

Am Ende kann eine elektronische Schaltung, die aus Bereichen mit spezifisch mit ihren Längsachsen ausgerichteten Kohlenstoff-Nanoröhrchen, bei denen mindestens ein Teil aus halbleitenden und mindesten ein Teil aus metallischen Kohlenstoff-Nanoröhrchen gebildet ist, erhalten werden. Die für eine elektrisch leitende Verbindung erforderlichen elektrischen Leiterbahnen, wie auch Transistoren können mit Strukturbreiten < 10 nm aus den Kohlenstoff-Nanoröhrchen gebildet sein. Für eine elektrische Stromleitung können die metallischen Kohlenstoff-Nanoröhrchen parallel zur Richtung des elektrischen Stromflusses mit der Erfindung ausgerichtet werden.In the end, an electronic circuit formed from regions having carbon nanotubes specifically aligned with their longitudinal axes, in which at least a portion of semiconducting and at least a portion of metallic carbon nanotubes is formed, can be obtained. The electrical interconnects required for an electrically conductive connection, as well as transistors, can be formed with structure widths <10 nm from the carbon nanotubes. For electrical power conduction, the metallic carbon nanotubes can be aligned parallel to the direction of electrical current flow with the invention.

Durch die hohe elektrische Leitfähigkeit und die lange mittlere freie Weglänge der metallischen Kohlenstoff-Nanoröhrchen ist die Verlustleistung gering. Die Transitfrequenz der erfindungsgemäß hergestellten Transistoren kann im Tera-Hertz-Bereich liegen.Due to the high electrical conductivity and the long mean free path of the metallic carbon nanotubes, the power loss is low. The transit frequency of the transistors produced according to the invention can be in the terahertz range.

Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail by way of example in the following.

Beispiel 1:Example 1:

Es wurde eine halbleitende und metallische Kohlenstoff-Nanoröhrchen enthaltende Suspension auf eine ebene Oberfläche eines Silicium-Wafers aufgetragen. Die Außendurchmesser aller in der Suspension enthaltenen Kohlenstoff-Nanoröhrchen waren nahezu gleich groß. In der ausgebildeten Beschichtung waren die Kohlenstoff-Nanoröhrchen regellos verteilt und dementsprechend auch ihre Längsachsen in verschiedenste Richtungen ausgerichtet.It became a semiconducting suspension containing metallic carbon nanotubes applied to a flat surface of a silicon wafer. The outer diameters of all carbon nanotubes contained in the suspension were nearly equal. In the formed coating, the carbon nanotubes were randomly distributed and, accordingly, their longitudinal axes aligned in various directions.

Die Beschichtung wurde dann mit unpolarisierter elektromagnetischer Strahlung des gesamten Wellenlängenspektrums zwischen 700 nm und 1200 nm bestrahlt. Hierfür konnten eine entsprechend breitbandige Weisslichtquelle und optische Kantenfilter eingesetzt werden. Durch diese Bestrahlung erfolgte eine Entfernung sämtlicher halbleitender Kohlenstoff-Nanoröhrchen.The coating was then irradiated with unpolarized electromagnetic radiation of the entire wavelength spectrum between 700 nm and 1200 nm. For this purpose, a corresponding broadband white light source and optical edge filters could be used. This irradiation removed all semiconducting carbon nanotubes.

Im Anschluss daran erfolgte eine Bestrahlung mit der Weisslichtquelle durch zwei optische Kantenfilter (Tiefpass, Hochpass), so dass auf die Beschichtung unpolarisierte elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen 300 nm und 600 nm auf die Beschichtung gerichtet wurde. Durch den Einsatz einer Maske wurden linienförmige Bereiche der Beschichtung nicht bestrahlt. Im gesamten so bestrahlten Bereich wurden alle metallischen Kohlenstoff-Nanoröhrchen entfernt.This was followed by irradiation with the white light source through two optical edge filters (low pass, high pass), so that unpolarized electromagnetic radiation in the wavelength range between 300 nm and 600 nm was directed onto the coating on the coating. By using a mask, linear areas of the coating were not irradiated. Throughout the irradiated area, all metallic carbon nanotubes were removed.

Nach Durchführung dieses Verfahrensschrittes erfolgte erneut eine Bestrahlung, bei der die Weisslichtquelle und wieder mit zwei optischen Kantenfiltern mit einem Wellenlängenspektrum zwischen 400 nm und 600 nm eingesetzt wurden. Die elektromagnetische Strahlung wurde dabei jedoch mit einem Polarisationsfilter linear polarisiert. Dadurch wurden die noch verbliebenen metallischen Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die mit ihren Längsachsen zumindest annähernd parallel zur Polarisationsrichtung ausgerichtet waren, entfernt. Die noch verbliebenen metallischen Kohlenstoff-Nanoröhrchen waren entsprechend senkrecht oder mit einem großen Winkel abweichend von der Polarisationsrichtung der eingesetzten elektromagnetischen Strahlung ausgerichtet und konnten so elektrische Leiterbahnen, in denen die verbliebenen metallischen Kohlenstoff-Nanoröhrchen gezielt ausgerichtet waren, erhalten und dadurch eine sehr hohe elektrische Leitfähigkeit erreicht werden. Für die Strukturierung solcher elektrischer Leiterbahnen kann neben dem Einsatz von Masken für Richtungswechsel auch die Polarisationsrichtung in Bereichen, in denen Richtungswechsel erfolgen oder andere Richtungen einer elektrischen Leiterbahn erforderlich sind, entsprechend verändert werden.After carrying out this process step, another irradiation took place in which the white light source and again with two optical edge filters having a wavelength spectrum between 400 nm and 600 nm were used. However, the electromagnetic radiation was linearly polarized with a polarizing filter. As a result, the remaining metallic carbon nanotubes, which were aligned with their longitudinal axes at least approximately parallel to the polarization direction, were removed. The still remaining metallic carbon nanotubes were aligned correspondingly perpendicular or at a large angle deviating from the polarization direction of the electromagnetic radiation used and were able to receive electrical conductor tracks in which the remaining metallic carbon nanotubes were targeted, and thereby a very high electrical conductivity be achieved. For the structuring of such electrical interconnects, in addition to the use of masks for changing direction, the direction of polarization in areas in which changes in direction take place or other directions of an electrical interconnect are required to be changed accordingly.

Beispiel 2:Example 2:

Auf eine ebene Oberfläche eines Silicium-Wafers wurde eine ausschließlich halbleitende Kohlenstoff-Nanoröhrchen enthaltende Suspension durch ein Sprühverfahren aufgetragen. Die in der Beschichtung enthaltenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen waren darin mit ihren Längsachsausrichtungen regellos verteilt.On a flat surface of a silicon wafer, a suspension containing exclusively semiconductive carbon nanotubes was applied by a spray method. The carbon nanotubes contained in the coating were randomly distributed therein with their longitudinal axis orientations.

Es erfolgte ein Bestrahlung mit linear polarisierter elektromagnetischer Strahlung, die wieder von einer Weisslichtquelle emittiert worden ist und mittels eines Polarisationsfilters linear polarisiert wurde. Mit zwei optischen Kantenfiltern hatte die elektromagnetische Strahlung einen Wellenlängenbereich zwischen 700 nm und 1200 nm. Die mit ihren Längsachsen zumindest nahezu parallel zur Polarisationsrichtung ausgerichteten Kohlenstoff-Nanoröhrchen wurden dadurch zerstört und entfernt. Auf der bestrahlten Fläche der Beschichtung waren nur noch senkrecht oder zumindest nahezu senkrecht zur Polarisationsachsrichtung mit ihren Längsachsen ausgerichtete halbleitende Kohlenstoff-Nanoröhrchen vorhanden.It was irradiated with linearly polarized electromagnetic radiation, which has been emitted again from a white light source and was linearly polarized by means of a polarizing filter. With two optical edge filters, the electromagnetic radiation had a wavelength range between 700 nm and 1200 nm. The carbon nanotubes aligned with their longitudinal axes at least almost parallel to the polarization direction were thereby destroyed and removed. On the irradiated surface of the coating, only semiconducting carbon nanotubes oriented perpendicular or at least nearly perpendicular to the polarization axis direction with their longitudinal axes were present.

Die so ausgerichteten Kohlenstoff-Nanoröhrchen wurden anschließend mit um 90° kleineren Winkel als bei der ersten Bestrahlung ausgerichteter linear polarisierter monochromatischer elektromagnetischer Strahlung, die von einer Laserlichtquelle mit einer Wellenlänge von 785 nm punktförmig auf die Beschichtung emittiert wurde, bestrahlt. Der Brennfleck wurde dabei gezielt ausgelenkt und lediglich auf ausgewählte Bereiche der Beschichtung gerichtet, während andere Bereiche unbeeinflusst blieben. In den so bestrahlten Bereichen wurden die bis dahin noch vorhandenen Kohlenstoff-Nanoröhrchen entfernt, so dass nur noch in den nicht bestrahlten Bereichen der Beschichtung mit ihren Längsachsen parallel in Bezug zur Polarisationsrichtung ausgerichtete halbleitende Kohlenstoff-Nanoröhrchen vorhanden waren.The thus aligned carbon nanotubes were then irradiated with an angle smaller by 90 ° than linearly polarized monochromatic electromagnetic radiation aligned with the first irradiation and emitted onto the coating by a laser light source having a wavelength of 785 nm. The focal spot was deliberately deflected and focused only on selected areas of the coating, while other areas remained unaffected. In the areas thus irradiated, the carbon nanotubes still present were removed so that only semiconducting carbon nanotubes oriented parallel to the direction of polarization in the non-irradiated areas of the coating were present with their longitudinal axes.

Im Anschluss daran wurde eine neue Beschichtung mit einer nur metallische Kohlenstoff-Nanoröhrchen enthaltenden Suspension aufgebracht, die Bereiche mit und Bereiche, die keine Kohlenstoff-Nanoröhrchen aufwiesen, überdeckte. In dieser Beschichtung waren die metallischen Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit ihren Längsachsausrichtungen wieder regellos verteilt.Subsequently, a new coating was applied with a suspension containing only metallic carbon nanotubes, covering areas with and areas that did not have carbon nanotubes. In this coating, the metallic carbon nanotubes with their Längsachsausrichtungen were randomly distributed again.

Die gesamte Fläche der metallische Kohlenstoff-Nanoröhrchen enthaltende Beschichtung wurde mit elektromagnetischer Strahlung innerhalb des Wellenlängenbereichs zwischen 300 nm und 600 nm bestrahlt. Die elektromagnetische Strahlung war horizontal polarisiert. Durch die Bestrahlung wurden alle metallischen Kohlenstoff-Nanoröhrchen, deren Längsachsen parallel, zumindest annähernd parallel zur Polarisationsrichtung ausgerichtet waren, entfernt und es verblieben nur die senkrecht oder mit ihren Längsachsen zumindest annähernd so ausgerichteten metallischen Kohlenstoff-Nanoröhrchen, in den so bestrahlten Bereichen.The entire surface of the metallic carbon nanotube-containing coating was irradiated with electromagnetic radiation within the wavelength range between 300 nm and 600 nm. The electromagnetic radiation was horizontally polarized. As a result of the irradiation, all metallic carbon nanotubes whose longitudinal axes were aligned parallel, at least approximately parallel to the polarization direction, were removed and only the metallic carbon nanotubes aligned at right angles or with their longitudinal axes remained in the areas irradiated in this way.

Teilbereiche dieser so vorbehandelten Beschichtung wurden dann mit um 90° gedrehter linear polarisierter elektromagnetischer Strahlung innerhalb des Wellenlängenbereichs zwischen 300 nm und 600 nm bestrahlt. Durch den Einsatz einer Maske wurden streifenförmige Bereiche nicht bestrahlt. In den bestrahlten Bereichen wurden alle metallischen Kohlenstoff-Nanoröhrchen, deren Längsachsen parallel zumindest annähernd parallel zur Polarisationsrichtung ausgerichtet waren, zerstört. Lediglich die streifenförmigen Bereiche, die durch eine Maske vor der elektromagnetischen Strahlung geschützt waren, wiesen noch metallische Kohlenstoff-Nanoröhrchen auf.Subsections of this pretreated coating were then irradiated with linearly polarized electromagnetic radiation rotated by 90 ° within the wavelength range between 300 nm and 600 nm. By using a mask, strip-shaped areas were not irradiated. In the irradiated areas, all metallic carbon nanotubes whose longitudinal axes were aligned parallel at least approximately parallel to the direction of polarization were destroyed. Only the strip-shaped areas, which were protected by a mask from the electromagnetic radiation, still had metallic carbon nanotubes.

Als Resultat konnte auf der Waferoberfläche eine gezielte Strukturierung ausgebildet werden. Diese war mit Bereichen gebildet, bei denen horizontal ausgerichtete halbleitende Kohlenstoff-Nanoröhrchen auf denen eine Schicht von mit ihren Längsachsen senkrecht dazu ausgerichteten halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen und außerdem Bereiche in denen vertikal ausgerichtete metallische Kohlenstoff-Nanoröhrchen vorhanden sind. Diese mit den verschiedenen und definiert ausgerichteten Kohlenstoff-Nanoröhrchen gebildete Struktur kann in der Sensorik genutzt werden.As a result, a targeted structuring could be formed on the wafer surface. This was formed with regions in which horizontally oriented semiconducting carbon nanotubes on which a layer of semiconducting carbon nanotubes oriented perpendicularly with their longitudinal axes and, in addition, regions in which vertically oriented metallic carbon nanotubes are present. This structure formed with the different and well-aligned carbon nanotubes can be used in sensor technology.

Beispiel 3:Example 3:

Unter Einsatz einer metallische und halbleitende Kohlenstoff-Nanoröhrchen enthaltenden Suspension wurde wieder eine Beschichtung auf eine ebene Oberfläche eines Silicium-Wafers aufgesprüht und dann getrocknet. Die Kohlenstoff-Nanoröhrchen waren in ihrer Längsachsausrichtung regellos verteilt in der Beschichtung enthalten.Using a suspension containing metallic and semiconducting carbon nanotubes, a coating was again sprayed onto a flat surface of a silicon wafer and then dried. The carbon nanotubes were randomly distributed in the coating in their longitudinal axis orientation.

Auf einen Teilbereich der Oberfläche der Beschichtung wurde dann in einem streifenförmigen Bereich eine lithografische Maske (Polymer) aufgebracht.A lithographic mask (polymer) was then applied to a portion of the surface of the coating in a striped area.

Der Wafer mit Beschichtung wurde mit zirkular polarisierter Strahlung mit dem Wellenlängenspektrum im Bereich 300 nm bis 1200 nm bestrahlt. In den nicht durch die Maske geschützten Bereichen der Beschichtung werden alle Kohlenstoff-Nanoröhrchen zerstört.The coated wafer was irradiated with circularly polarized radiation having the wavelength spectrum in the range of 300 nm to 1200 nm. In the non-mask protected areas of the coating, all carbon nanotubes are destroyed.

Nach Entfernung der Maske werden in der Mitte davon angeordnete Bereiche, die vorab von der Maske geschützt waren mit linear polarisierter monochromatischer elektromagnetischer Strahlung der Wellenlänge 265 nm bestrahlt, wobei die Polarisationsachse senkrecht zur Längsachse eines Streifenverlaufs, der mit Maske erhalten war, ausgerichtet war. Die bis dahin dort noch vorhandenen metallischen Kohlenstoff-Nanoröhrchen werden dadurch entfernt.After removal of the mask, areas in the middle thereof which were previously protected by the mask were irradiated with linearly polarized monochromatic electromagnetic radiation of wavelength 265 nm, the polarization axis being oriented perpendicular to the longitudinal axis of a strip pattern obtained with mask. The metal carbon nanotubes still existing there will be removed.

Die äußeren Ränder der vorab mit der Maske geschützten Bereiche werden dann mit monochromatischer Strahlung einer Wellenlänge von 830 nm, die in gleichem Winkel, wie die Ausrichtung der mit der Maske erhaltenen Streifen linear polarisiert war, bestrahlt. In diesen Randbereichen wurden dadurch die bis dahin noch vorhandenen parallel zur Polarisationsachsrichtung und senkrecht zur Ausrichtung des jeweiligen Streifens ausgerichteten halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen entfernt.The outer edges of the pre-mask protected areas are then exposed to 830 nm wavelength monochromatic radiation which has been linearly polarized at the same angle as the orientation of the stripes obtained with the mask. As a result, the semiconductive carbon nanotubes that were still present parallel to the polarization axis direction and aligned perpendicular to the orientation of the respective strip were removed in these edge regions.

So konnte eine elektrische streifenförmige Leiterbahn mit parallel zur Streifenrichtung mit ihren Längsachsen ausgerichteten Kohlenstoff-Nanoröhrchen ausgebildet werden. Der mittlere Bereich war dabei mit halbleitenden und die beiden äußeren Ränder einer streifenförmigen elektrischen Leiterbahn mit metallischen Kohlenstoff-Nanoröhrchen gebildet. Ein solcher Schichtaufbau kann beispielsweise einen Feldeffekttransistor bilden, der ausschließlich mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen gebildet ist und in der Leistungselektronik eingesetzt werden kann.Thus, an electrical strip-shaped conductor could be formed with parallel to the strip direction aligned with their longitudinal axes carbon nanotubes. The middle area was formed with semiconducting and the two outer edges of a strip-shaped electrical trace with metallic carbon nanotubes. Such a layer structure may for example form a field effect transistor which is formed exclusively with carbon nanotubes and can be used in power electronics.

Es können elektrische Leiterbahnen ausgebildet werden, die auch größere Abmessungen aufweisen können.It can be formed electrical conductor tracks, which may also have larger dimensions.

Claims (13)

Verfahren zum selektiven Trennen und/oder definiertem Ausrichten von metallischen und halbleitenden vermischt miteinander angeordneten ein- und/oder zweiwandigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen, bei dem die Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit monochromatischer elektromagnetischer Strahlung mit mindestens zwei voneinander abweichenden Wellenlängen und/oder elektromagnetischer Strahlung mit vorgegebener linearer Polarisationsrichtung bestrahlt werden und dadurch metallische und/oder halbleitende Kohlenstoff-Nanoröhrchen lokal gezielt entfernt werden, so dass Bereiche die allein mit metallischen, allein mit halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen gebildet und/oder Bereiche in denen metallische und/oder halbleitende Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit jeweils bevorzugter aber voneinander abweichender Ausrichtung ihrer Längsachsen erhalten werden.A method for selective separation and / or defined alignment of metallic and semiconducting one and / or two-walled carbon nanotubes mixed with each other, wherein the carbon nanotubes are irradiated with monochromatic electromagnetic radiation having at least two mutually different wavelengths and / or be irradiated electromagnetic radiation with a predetermined linear polarization direction and As a result, metallic and / or semiconductive carbon nanotubes can be selectively removed locally, so that Areas formed alone with metallic, solely with semiconducting carbon nanotubes and / or areas in which metallic and / or semiconducting carbon nanotubes each having a preferred but divergent orientation of their longitudinal axes are obtained. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer oxidierenden Atmosphäre und/oder einem ein Oxidationsmittel enthaltendem Medium bestrahlt wird.A method according to claim 1, characterized in that in an oxidizing atmosphere and / or a medium containing an oxidizing agent is irradiated. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die selektive Entfernung von metallischen Kohlenstoff-Nanoröhrchen unpolarisierte elektromagnetische Strahlung mit kleinerer Wellenlänge, als der elektromagnetischen Strahlung mit der halbleitende Kohlenstoff-Nanoröhrchen entfernt werden, eingesetzt wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that for the selective removal of metallic carbon nanotubes unpolarized electromagnetic radiation with a smaller wavelength than the electromagnetic radiation with the semiconducting carbon nanotubes are removed is used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der/den für die Bestrahlung eingesetzten) ausgewählte(n) Wellenlänge(n) oder ein Wellenlängenbereich, die jeweiligen Außendurchmesser der Kohlenstoff-Nanoröhrchen berücksichtigt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that at the / the selected wavelength (s) used for the irradiation or a wavelength range, the respective outer diameters of the carbon nanotubes are taken into account. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausrichtung von metallischen und/oder halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen durch eine Bestrahlung mit senkrecht zur Längsachse der Kohlenstoff-Nanoröhrchen linear polarisierter elektromagnetischer Strahlung mit der keine Entfernung halbleitender oder metallischer Kohlenstoff-Nanoröhrchen erreicht wird und eine Bestrahlung mit parallel zur Längsache von Kohlenstoff-Nanoröhrchen linear polarisierter elektromagnetischer Strahlung durchgeführt wird, um metallische oder halbleitende Kohlenstoff-Nanoröhrchen zu entfernen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that an alignment of metallic and / or semiconducting carbon nanotubes by irradiation with perpendicular to the longitudinal axis of the carbon nanotubes linearly polarized electromagnetic radiation with the no removal of semiconducting or metallic carbon nanotubes is achieved and irradiation with linearly polarized electromagnetic radiation parallel to the longitudinal axis of carbon nanotubes is performed to remove metallic or semiconducting carbon nanotubes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemisch mit metallischen und halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen als Beschichtung auf eine Substratoberfläche aufgebracht und die Schicht lokal differenziert mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird, so dass Bereiche die ausschließlich mit metallischen, ausschließlich mit halbleitenden, Bereiche die keine Kohlenstoff-Nanoröhrchen aufweisen und/oder Bereiche bei denen metallische und/oder halbleitende Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit jeweils bevorzugter aber voneinander abweichender Ausrichtung ihrer Längsachsen ausgebildet werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a mixture with metallic and semiconductive carbon nanotubes applied as a coating on a substrate surface and the layer locally differentiated is irradiated with electromagnetic radiation, so that areas exclusively with metallic, exclusively with semiconducting, areas which have no carbon nanotubes and / or regions in which metallic and / or semiconductive carbon nanotubes each having a preferred but divergent orientation of their longitudinal axes are formed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch von Kohlenstoff-Nanoröhrchen in einem Aerosol oder einer Flüssigkeit zur selektiven Entfernung mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the mixture of carbon nanotubes in an aerosol or a liquid for selective removal is irradiated with electromagnetic radiation. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bestrahlung mindestens eine Laserquelle, Röntgenstrahlungsquelle und/oder eine ein Wellenlängenspektrum emittierende Lichtquelle eingesetzt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that for the irradiation at least one laser source, X-ray source and / or a wavelength spectrum emitting light source is used. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Bestrahlung mit einer ein Wellenlängenspektrum emittierenden Lichtquelle geeignete wellenlängenselektive optische Filter eingesetzt werden, um eine Bestrahlung mit monochromatischer oder innerhalb eines Wellenlängenbereichs liegender elektromagnetischer Strahlung zu erreichen.A method according to claim 8, characterized in that when irradiated with a light source emitting a wavelength spectrum suitable wavelength-selective optical filters are used to achieve irradiation with monochromatic or within a wavelength range lying electromagnetic radiation. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorab Aktivierung durch einen zusätzlichen Energieeintrag durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a pre-activation is performed by an additional energy input. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Oberflächenstrukturierung einer mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen gebildeten Beschichtung die elektromagnetischen Strahlungen durch eine Maske auf die Beschichtung gerichtet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that for surface structuring of a coating formed with carbon nanotubes, the electromagnetic radiation is directed through a mask on the coating. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem Substrat eine elektrische und/oder elektronische Schaltung hergestellt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that an electrical and / or electronic circuit is produced on a substrate. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass dabei elektronische Elemente mit halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen hergestellt werden, die mit aus metallischen Kohlenstoff-Nanoröhrchen gebildeten elektrischen Leiterbahnen kontaktiert sind.A method according to claim 12, characterized in that thereby electronic elements are produced with semiconducting carbon nanotubes which are contacted with formed from metallic carbon nanotubes electrical conductor tracks.