CN101170130B - 单壁碳纳米管异质结及制造方法、半导体器件及制造方法 - Google Patents

单壁碳纳米管异质结及制造方法、半导体器件及制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明披露了一种单壁碳纳米管异质结及其制造方法以及使用该单壁碳纳米管异质结的半导体器件及其制造方法。在该单壁碳纳米管异质结中，半导体单壁碳纳米管和金属单壁碳纳米管在其长度方向上彼此连接。该单壁碳纳米管异质结是通过在单壁碳纳米管的生长过程中引入缺陷以诱发手性变化而形成的。根据本发明的制造单壁碳纳米管异质结的方法，其中在该单壁碳纳米管的生长过程中引入缺陷以将五元环或七元环引入到石墨片的六元环结构中从而诱发手性变化。本发明可以根本地解决在半导体单壁碳纳米管中由于金属单壁碳纳米管的混入引起的单壁碳纳米管FET的特性劣化的问题。

Description

单壁碳纳米管异质结及制造方法、半导体器件及制造方法
相关申请的交叉引用
本发明包含于2006年10月26日向日本专利局提交的日本专利申请JP 2006-291065涉及的主题，将其全部内容并入本文作为参考。
技术领域
本发明涉及一种单壁碳纳米管异质结及其制造方法以及一种半导体器件及其制造方法，并且适合应用于例如使用单壁碳纳米管作为通道材料(channel material)的场效应晶体管(FET)。
背景技术
由于单壁碳纳米管表现出高移动性(迁移率，mobility)，因此期望使用单壁碳纳米管作为通道材料用于快速转换的FET(参见，例如T.Durkop，S.A.Getty，Enrique Cobas，and M.S.Fuhrer，Nanolett.，4(2004)35)。通常，当使用单壁碳纳米管制造FET时，用于制造的方法一般说来分成两种。一种方法是合成高纯度的单壁碳纳米管，然后生产单壁碳纳米管分散液，以及将单壁碳纳米管分散液施加至基板上的预定位置。另一种技术用于使催化剂配置在基板上的预定位置，通过该催化剂直接生长单壁碳纳米管，以及对单壁碳纳米管定向。现在，由于后者的板上直接生长法具有这样的优点，即，可以获得具有高移动性的单壁碳纳米管，并且该方法也可适用于微处理，因此该方法被许多研究者研究。
近年来，使用Fe、Ni、和Co或含这些种类金属的合金颗粒，根据化学气相沉积(CVD)法，可以合成高纯度的单壁碳纳米管。根据激光磨蚀法(laser abrasion method)(参见，例如M.Shiraishi，T.Takenobu，A.Yamada，M.Ata，and H.Kataura，Chem.Phys.Lett.，358(2002)213)、具有均匀亚纳米尺度半径的沸石负载催化剂(zeolitesupported catalyst)(参见，例如J.-F.Colomer，C.Stephan，S.Lefrant，G.V.Tendeloo，I.Willems，Z.Konya，A.Fonseca，Ch.Laurent，and J.B.Nagy，Chem.Phys.Lett.317(2000)83、J.-f.Colomer，J.-M.Benoit，C.Stephan，S.Lefrant，G.VanTendeloo，and J.B.Nagy，Chem.Phys.Lett.345(2001)11、S.Tang，Z.Zhong，Z.Xiong，L.Sun，L.Liu，J.Lin，Z.X.Shen，and K.L.Tan，Chem.Phys.Lett.350(2001)19、K.Mukhopadhyay，A.Koshio，N.Tanaka，and H.Shinohara，Jpn.J.Appl.Phys.37(1998)L1257、以及K.Mukhopadhyay，A.Koshio，T.Sugai，N.Tanaka，H.Shinohara，Z.Konya，J.B.Nagy，Chem.Phys Lett.303(1999)117)、以及使用含金属的有机聚合物作为前体的催化剂合成技术，可以在某种程度上控制单壁碳纳米管的半径。在用于制造基于FET的元件的实际方法中的问题是在半导体单壁碳纳米管中由于金属单壁碳纳米管的混入引起的元件特性的劣化。然而，在合成单壁碳纳米管的步骤中，控制在管直径方面具有很小差异(等于或小于0.01纳米)的半导体单壁碳纳米管和金属单壁碳纳米管是很困难的。因此，在现在的情况下，对用于分离半导体单壁碳纳米管和金属单壁碳纳米管的技术的研究结果如下所述是极其有限的。
为了解决这个问题，至今提出的方法包括：(1)通过化学处理分离半导体单壁碳纳米管和金属单壁碳纳米管(参见，例如M.S.Strano，et al，JPC.B 108(2004)15560、M.S.Strano，et al，Nano Lett.4(2004)543、M.S.Strano，et al，JACS.125(2003)16148、以及M.S.Strano，et al，Science 302(2003)1545)，(2)金属单壁碳纳米管的电破坏(electrical breakdown)(参见，例如R.Martel，T.Schmidt，H.R.Shea，T.Hertel，Ph.Avouris，Appl.Phys.Lett.73(1998)2447)，以及(3)通过化学改性使金属单壁碳纳米管绝缘。目前，在这些方法中，(1)通过化学处理的分离被设定为在用于实现使用半导体单壁碳纳米管的半导体器件的对象中的最终的技术目标。作为这种通过对合成进行后处理的分离方法，对金属或半导体单壁碳纳米管的选择性吸收使用化学制品(参见M.S.Strano，et al，Science 301(2003)1519)。然而，没有其它显著的结果被报导。在化学分离方法的情况下，在FET的实际操作中，高分离率是必需的。例如，为了使90％或更多的单壁碳纳米管的FET(其中五根碳纳米管桥接源电极和漏电极)起作用，必需将半导体单壁碳纳米管的丰度比(abundance ratio)设置为98％。从报告的这些实例判断，在现在的情况下，还没有建立用于解决在半导体单壁碳纳米管中由于金属单壁碳纳米管的混入引起的FET特性的劣化的明确的方法。
根据使用单壁碳纳米管的单壁碳纳米管FET的工作特性，该单壁碳纳米管是使用由Fe薄膜生产的催化剂和使用甲烷(CH4)气体作为碳材料根据等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法在600℃下合成的，据报导通过PECVD方法合成的单壁碳纳米管中约90％是半导体单壁碳纳米管(参见Y.Li and H.Dai，et al，Nano Lett.，4，2(2004)317)。然而，在该报告中，对通过PECVD方法的丰度比为90％的半导体单壁碳纳米管的选择性生长不存在基础和理论参考。
发明内容
如上所述，在过去的技术中，防止在半导体单壁碳纳米管中由于金属单壁碳纳米管的混入引起的单壁碳纳米管FET的特性劣化是很困难的。
因此，期望提供一种单壁碳纳米管异质结及其制造方法以及使用该单壁碳纳米管异质结的半导体器件及其制造方法，可以根本地解决在半导体单壁碳纳米管中由于金属单壁碳纳米管的混入引起的单壁碳纳米管FET的特性劣化的问题，并且可以获得具有满意特性如导通/截止比(通/断比，开/关比，on/off ratio)的单壁碳纳米管FET。
作为深入细致研究的结果，本发明人已发现，在制造单壁碳纳米管FET的方法中，作为防止在半导体单壁碳纳米管中金属单壁碳纳米管的混入的影响的方法，通过在单壁碳纳米管的生长过程中诱发手性变化(chirality change)来形成金属单壁碳纳米管和半导体单壁碳纳米管的异质结并使用用于通道的异质结是极其有效的。单壁碳纳米管是金属的还是半导体的取决于形成单壁碳纳米管的石墨片(石墨层，graphene sheet)的卷绕方向(手性)。因此，相反地，通过控制手性可以将单壁碳纳米管控制为金属的或半导体的。因此，如果在一种单壁碳纳米管的生长过程中通过引入单壁碳纳米管生长过程中的缺陷以及在石墨片的六元环结构中引入五元环或七元环来诱发手性变化，则可以获得其中半导体单壁碳纳米管和金属单壁碳纳米管在其长度方向(longitudinal direction)上彼此连接的单壁碳纳米管异质结。本发明人已生产了单壁碳纳米管FET，其中该单壁碳纳米管异质结实际上用作试验上的通道，并且被证实可以获得大的导通/截止比。然而，其中引入缺陷的单壁碳纳米管是指，例如其中在通过使用具有的振荡波长为532nm的Ar离子激光器实施的拉曼光谱中G谱带强度与D谱带强度的比率为1～20的单壁碳纳米管。
在该研究的基础上已经设计了本发明。
根据本发明的一种实施例，提供了一种单壁碳纳米管异质结，其中半导体单壁碳纳米管和金属单壁碳纳米管在其长度方向上彼此连接。
在该单壁碳纳米管异质结中，通常，半导体单壁碳纳米管和金属单壁碳纳米管经由手性发生变化的边界(或过渡区)而彼此连接。这种边界是一种有缺陷的区域(部分，section)，其中在石墨片的六元环结构中引入五元环或七元环。
根据本发明的另一种实施例，提供了一种制造单壁碳纳米管异质结的方法，在该单壁碳纳米管异质结中，半导体单壁碳纳米管和金属单壁碳纳米管在其长度方向上彼此连接，其中在单壁碳纳米管的生长过程中引入缺陷以诱发手性变化。
通常，在单壁碳纳米管的生长过程中引入缺陷以将五元环或七元环引入到石墨片的六元环结构中从而诱发手性变化。
作为将缺陷引入到单壁碳纳米管中的方法，优选地，使用一种在等于或低于750℃，优选地，等于或低于650℃，并且优选地，等于或高于400℃的温度下根据使用等离子体的用于分解和活化原料气体的PECVD方法(参见，例如Y.Li and H.Dai，et al，Nano Lett.，4，2(2004)317)来生长单壁碳纳米管的方法。此外，可以使用根据PECVD方法或热CVD方法在单壁碳纳米管的生长过程中周期性地将等离子体设定为开或关的状态的方法、在单壁碳纳米管的生长过程中将氧化性气体引入到反应室中的方法、在单壁碳纳米管上照射超声波和光代替等离子体的方法等。单壁碳纳米管的生长通常使用负载在基板上的催化剂以及使用含碳的化合物作为原料气体来实施。作为这种催化剂，可以使用过去公知的催化剂。催化剂可以负载在负载催化剂的颗粒如沸石上。作为其上负载有催化剂的基板，优选地，使用其至少一个表面由氧化物制成的基板。特别地，例如，使用Si基板、石英基板、玻璃基板等，其表面上形成有SiO2膜。作为含碳的化合物作为原料气体，可以使用甲烷的各种化合物等，并可以根据需要进行选择。
根据本发明的又一种实施例，提供了一种半导体器件，其中使用单壁碳纳米管异质结，在该单壁碳纳米管异质结中，半导体单壁碳纳米管和金属单壁碳纳米管在其长度方向上彼此连接。
根据本发明的又一种实施例，提供了一种制造半导体器件的方法，包括形成单壁碳纳米管异质结的步骤，在该单壁碳纳米管异质结中，半导体单壁碳纳米管和金属单壁碳纳米管在其长度方向上彼此连接，其中单壁碳纳米管异质结是通过在单壁碳纳米管的生长过程中引入缺陷以诱发手性变化而形成的。
在根据实施例的半导体器件及其制造方法中，多个单壁碳纳米管异质结可以串联地彼此连接，或者可以彼此并行配置。单壁碳纳米管异质结的配置可以根据半导体器件的用途、功能等适当地选择。半导体器件典型地是FET，但并不限于此。半导体器件可以是其它的器件，只要使用单壁碳纳米管异质结。尤其是，当半导体器件是FET时，这种单壁碳纳米管异质结用于通道。典型地，一个或多个单壁碳纳米管异质结被包含在一个或多个形成的单壁碳纳米管中以桥接源电极和漏电极。
关于单壁碳纳米管异质结及其制造方法的描述适用于半导体器件及其制造方法，只要该描述不违背半导体器件及其制造方法的特性。
根据上述实施例，在其中半导体单壁碳纳米管和金属单壁碳纳米管在其长度方向上彼此连接的单壁碳纳米管异质结中，通过将外电场施加其上，不仅可以控制半导体单壁碳纳米管的传导(传导性，导电性，conduction)而且可以控制单壁碳纳米管异质结的传导。通过在单壁碳纳米管的生长过程中引入缺陷以诱发手性变化，可以在半导体单壁碳纳米管的前端(顶端，tip)生长金属单壁碳纳米管，或者在金属单壁碳纳米管的前端生长半导体单壁碳纳米管。
根据本发明的实施例，可以很容易地获得单壁碳纳米管异质结，其中半导体单壁碳纳米管和金属单壁碳纳米管在其长度方向上彼此连接。通过使用单壁碳纳米管异质结用于例如FET的通道，通过将栅电压施加其上可以控制通道的传导(传导性，导电性)，并且可以获得具有大导通/截止比和满意特性的单壁碳纳米管FET。
附图说明
图1是示出了用于本发明第一实施例的单壁碳纳米管异质结的示意图；
图2是示出了根据实施例的单壁碳纳米管FET的俯视图；
图3A～3E是用于说明根据本发明实例制造单壁碳纳米管FET的方法的剖视图；
图4是示出了在根据实例的单壁碳纳米管的合成过程中温度-时间变化的示意图；
图5是示出了通过根据实例制造单壁碳纳米管FET的方法获得的单壁碳纳米管FET的SEM图像的代替图的照片；
图6是示出了对于实例中合成的单壁碳纳米管的拉曼光谱分析的结果的曲线图；
图7A～7D是示出了通过根据实例制造单壁碳纳米管FET的方法获得的单壁碳纳米管FET以及通过根据比较例制造单壁碳纳米管FET的方法获得的单壁碳纳米管FET的接近通道区的SEM图像的代替图的照片；以及
图8A和图8B是示出了通过根据实例制造单壁碳纳米管FET的方法获得的单壁碳纳米管FET的Vsd-Id特性和Vg-Id特性的曲线图。
具体实施方式
在下文中将参照附图说明本发明的实施例。
在该实施例中，说明了其中单壁碳纳米管异质结用于通道的单壁碳纳米管FET。
该单壁碳纳米管异质结示于图1中。
如图1所示，在该单壁碳纳米管异质结中，半导体单壁碳纳米管11和金属单壁碳纳米管12在其长度方向上彼此连接以整体地构成一个单壁碳纳米管。半导体单壁碳纳米管11和金属单壁碳纳米管12具有彼此不同的手性。在单壁碳纳米管的边界处，手性改变。特别地，尽管构成半导体单壁碳纳米管11和金属单壁碳纳米管12的两种石墨片都具有六元环结构，但在边界处的六元环结构中引入五元环或七元环。反映这种手性变化，半导体单壁碳纳米管11和金属单壁碳纳米管12在边界处是弯曲的。
其中该单壁碳纳米管异质结用于通道的单壁碳纳米管FET示于图2中。
如图2所示，在该单壁碳纳米管FET中，源电极13和漏电极14形成在其表面由氧化物制成的基板(未示出)上。作为基板，可以使用其上形成有SiO2膜的Si基板、石英基板等。可以形成包含一个或多个单壁碳纳米管异质结的多个单壁碳纳米管15，在该单壁碳纳米管异质结中，半导体单壁碳纳米管11和金属单壁碳纳米管12在其长度方向上彼此连接，以桥接源电极13和漏电极14(在图2中，形成了6根单壁碳纳米管15)。然而，在图2中，在半导体单壁碳纳米管11和金属单壁碳纳米管12的边界处的弯曲未示出。
当该单壁碳纳米管FET是底部栅极(bottom gate)类型时，在基板上形成栅电极16，而在栅电极16上形成由SiO2膜等制成的栅极绝缘膜(gate insulating film)，以及在栅极绝缘膜上形成单壁碳纳米管15。可以在基板的背面上形成栅电极16。另一方面，当该单壁碳纳米管FET是顶部栅极(top gate)类型时，在单壁碳纳米管15上形成由SiO2膜等制成的栅极绝缘膜，并且栅电极16形成在栅极绝缘膜上。在这些单壁碳纳米管FET中，形成栅电极16以重叠包含在单壁碳纳米管15中的所有的半导体单壁碳纳米管11。
在如上所述构成的单壁碳纳米管FET中，在其中将预定电压施加在源电极13和漏电极14之间的状态下，预定栅电压施加至栅电极16，从而在所有的半导体单壁碳纳米管11中诱发通道以使单壁碳纳米管15导电(传导)。这可以在源电极13和漏电极14之间馈送电流。
下面说明制造该单壁碳纳米管FET的方法。
首先，使催化剂彼此相对配置在其表面由氧化物制成的基板上。接着，将该带有催化剂的基板置于PECVD装置的反应室(如石英管)中，通过PECVD方法以该催化剂作为起始点使单壁碳纳米管15生长。在这种情况下，通过根据生长条件等的选择在单壁碳纳米管15的生长过程中引入缺陷以及将五元环或七元环引入到石墨片的六元环结构中而在一种单壁碳纳米管15的生长过程中诱发手性变化。形成其中半导体单壁碳纳米管11和金属单壁碳纳米管12在其长度方向上连接的结构。以这种方式，可以形成单壁碳纳米管异质结。
形成源电极13和漏电极14以电连接至单壁碳纳米管15的两端。
在顶部栅极类型FET的情况下，在使栅极绝缘膜形成在单壁碳纳米管15上之后，在栅极绝缘膜上形成栅电极16。在底部栅极类型FET的情况下，在单壁碳纳米管15的生长之前，预先在基板上形成栅电极16，并且在使栅极绝缘膜形成在栅电极16上之后，在栅极绝缘膜上生长单壁碳纳米管15。可替换地，在基板上形成栅极绝缘膜，在栅极绝缘膜上生长单壁碳纳米管15，以及在基板的背面上形成栅电极16。
实例
根据图3A～3E所示的方法制造使用单壁碳纳米管异质结的单壁碳纳米管FET。
如图3A所示，首先，使用其上形成有100nm厚度的SiO2膜22的p+型Si基板21作为基板，并且在SiO2膜22上形成对准标记23。根据旋涂法以5000rpm的转数将电子束抗蚀剂(electron beamresist)涂覆在SiO2膜22上。该电子束抗蚀剂的厚度是350nm。将涂覆有电子束抗蚀剂的p+型Si基板21置于热板上，并对电子束抗蚀剂在200℃下实施预焙烧3分钟。通过电子束对电子束抗蚀剂进行描画(描绘，render)以描画为具有4μm×4μm尺寸的图案，其将是催化剂形成区。作为描画条件，加速电压是5kV、放大率是10000倍、光点直径(spot size)是58nm、描画时间是1.3s、以及剂量是32μC/cm2。将其上形成有电子束抗蚀剂的基板浸入显影液中，并且使电子束抗蚀剂在22℃下显影3.5分钟，从而形成具有开口24a的光致抗蚀剂图案24，其将是催化剂形成区。然后，将基板在清洗液中进行清洗处理10秒钟。其后，将其上形成有光致抗蚀剂图案24的p+型Si基板21置于热板上，并对光致抗蚀剂图案24在200℃下实施后焙烧1分钟。
制备沸石负载催化剂溶液，将超声波处理施加至溶液1分钟，然后，将一滴滴在基板上。其后，对基板实施自然干燥。催化剂合成如下。在20ml的乙醇中，混入1g的Y型沸石(产品名：HSZ-390HUA)，并且分别以Fe：2.5wt％和Co：2.5wt％的比率混入醋酸铁和醋酸钴。在使用超声波对混合有Y型沸石、醋酸铁、和醋酸钴的乙醇处理10分钟之后，使乙醇在80℃下干燥24小时，然后加入10ml乙醇。使用二乙二醇二乙醚作为除去溶液(liff-offsolution)来除去光致抗蚀剂图案24。以这种方式，如图3B所示，在其中设置光致抗蚀剂图案24的开口24a的位置处形成彼此相对的沸石负载催化剂25。
如图3C所示，使用沸石负载催化剂25来生长包含单壁碳纳米管异质结的单壁碳纳米管15。特别地，单壁碳纳米管15生长如下。在单壁碳纳米管15的合成过程中温度-时间变化示于图4中。首先，将其上配置有沸石负载催化剂25的p+型Si基板21放置在PECVD装置的石英管的中央。加热p+型Si基板21以使基板温度在20分钟内升高至400℃。然后，将p+型Si基板21在400℃下保持10分钟，接着加热以除去沸石负载催化剂25表面上的沉积物。其后，停止对p+型Si基板21的加热。
在石英管中的温度下降到200℃之后，从石英管中排出空气直到石英管中的压力下降到2Pa。接着，以60sccm的流量向石英管中供入H2气体，以使石英管中的温度升高至650℃，并使石英管中的压力保持在600Pa。对沸石负载催化剂25的表面进行还原处理并清洗。
使石英管中的温度保持在650℃，并使石英管中的压力保持在600Pa 20分钟，以将沸石负载催化剂25转变为颗粒。
接通等离子体电源。在这一点上将等离子功率固定于75W。
以40sccm的流量向石英管中供入CH4气体，以使石英管中的压力设置为60Pa，并且实施生长10分钟。根据该生长，如图3C所示，生长单壁碳纳米管15以桥接沸石负载催化剂25。
其后，停止对石英管的加热，并且切断等离子体电源。
如图3D所示，在p+型Si基板21的背面上形成由Al制成的栅电极16。以与形成用于图案化沸石负载催化剂25的光致抗蚀剂图案24相同的方式，形成用于形成源电极和漏电极的光致抗蚀剂图案26。在将厚度为2nm的Ti膜和厚度为100nm的Pd膜以0.03nm/s的成膜速度顺序地真空蒸发到基板的整个表面上之后，去除(除去)光致抗蚀剂图案26。以这种方式，如图3E所示，形成源电极13和漏电极14。通道宽度为10μm，并且通道长度为0.5μm。作为除去溶液，使用二乙二醇二乙醚。
如上所述，制造了使用单壁碳纳米管异质结的单壁碳纳米管FET。使用扫描电子显微镜(SEM)通过对以这种方式获得的单壁碳纳米管FET观察获得的结果示于图5中。
为了对如上所述根据PECVD方法通过在650℃下实施生长10分钟获得的单壁碳纳米管15进行结构分析，进行拉曼光谱分析和通过透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)的分析。分析的结果说明如下。
图6示出了拉曼光谱分析的结果。如图6所示，从近1600cm-1的石墨晶体结构获得的G谱带与从近1350cm-1的无序结构获得的D谱带的比率(G/D比)为4.5。当单壁碳纳米管在接近650～850℃的高温条件下通过CVD方法合成时，由于无定形碳生成的减少、引入到单壁碳纳米管的壁表面中的缺陷的减少等，因此合成具有G/D比为20～100和高结晶度的单壁碳纳米管。另一方面，在该实例中，相比于热CVD方法，因为使用了PECVD方法，因此可以促进单壁碳纳米管15的生长速度。然而，由于合成温度低达650℃，因此在其中单壁碳纳米管15从沸石负载催化剂25生长的方法中，将缺陷引入到管壁表面。
桥接制造的单壁碳纳米管FET的源电极13和漏电极14的单壁碳纳米管15的SEM图像示于图7A和图7B中。另一方面，作为比较例，在p+型Si基板21上形成具有100nm厚度的SiO2膜22，在SiO2膜22上分散地涂覆有沸石催化剂，以及使用CH4气体根据热CVD方法在850℃下从该沸石催化剂上生长单壁碳纳米管。图7C和7D示出了以这种方式生长的比较例的单壁碳纳米管的SEM图像。
如图7A和图7B所示，在根据PECVD方法在650℃下合成的单壁碳纳米管15的SEM图像中，相比于图7C和图7D所示的根据热CVD方法在850℃下合成的单壁碳纳米管的SEM图像，存在许多其中管突然弯曲的部分。因此，认为这种单壁碳纳米管15具有高缺陷密度。而且，因为单壁碳纳米管15的二次电子图像的轮廓是无序的，因此认为SiO2膜22与单壁碳纳米管15的管壁的粘附是不均匀的，或者在管中电子传导率(导电率)根据位置进行变化。
根据实例的方法制造75个单壁碳纳米管FET。在75个单壁碳纳米管FET中测量到没有泄漏和位置误差(定位误差)的50个单壁碳纳米管FET的操作(工作，operation)。结果，50个单壁碳纳米管FET中16个单壁碳纳米管FET表现出两个或多个位数(digit)的导通/截止比。这是50个单壁碳纳米管FET的32％。测量结果示于表1中。在这些单壁碳纳米管FET中，没有使用过去用于单壁碳纳米管FET的用于除去金属单壁碳纳米管的电破坏和化学处理。
表1
总测量器件 泄漏器件 定位误差 无泄漏和定位误差 导通/截止比(通/断比) 操作百分数(两个或多个位数)
75 8 17 50   ＞2   ＞3 32％
  16   11
*没有电破坏和化学处理
通过测量显示两个或多个位数的导通/截止比的操作百分数的任意单壁碳纳米管FET的源极至漏极电压(Vsd)-漏极电流(Id)特性以及栅极电压(Vg)-漏极电流(Id)特性获得的结果示于图8A和图8B中。在图8A和图8B中，在其中单壁碳纳米管15是根据PECVD方法合成的单壁碳纳米管FET的Vg＝-10V下的导通状态电流显示出为10-5A量级的值。这是比其中单壁碳纳米管是根据热CVD方法在650℃下合成的单壁碳纳米管FET的10-6A量级的导通状态电流高一个位数的值。
如上所述，在根据该实例的单壁碳纳米管FET中，没有实施通过过电流对金属单壁碳纳米管的除去。然而，如表1和图8A以及图8B所示，可以获得约二位数的导通/截止比以及约10μA的导通状态电流。这个原因说明如下。
由于桥接源电极13和漏电极14的单壁碳纳米管15是在650℃的低温下合成的，因此在生长过程中缺陷被引入到晶体结构中。因此，诱发手性变化。结果，如图1所示，在同一单壁碳纳米管15中形成半导体单壁碳纳米管11和金属单壁碳纳米管12，并且形成其中半导体单壁碳纳米管11和金属单壁碳纳米管12在其长度方向上彼此连接的单壁碳纳米管异质结。换句话说，由于桥接源电极13和漏电极14的单壁碳纳米管15包含单壁碳纳米管异质结，所以当该单壁碳纳米管FET被激励(致动，actuate)时，认为观察到的从半导体单壁碳纳米管11获得的场效应特性是如图8A和图8B所示的高导通/截止特性。
如上所述，根据该实施例，根据PECVD方法在低温下生长单壁碳纳米管15以在生长过程中引入缺陷并诱发手性变化。这使得可以形成其中半导体单壁碳纳米管11和金属单壁碳纳米管12在其长度方向上连接的单壁碳纳米管异质结。通过制造使用单壁碳纳米管异质结用于通道的FET，可以获得具有两个或多个位数的导通/截止比和满意特性的单壁碳纳米管FET。由于没有必要使用用于除去金属单壁碳纳米管的电破坏和化学处理，所以可以容易地制造单壁碳纳米管FET。
已经具体地说明了本发明的实施例和实例。然而，本发明不限于实施例和实例。基于本发明技术思想的各种更改也是可能的。碳纳米管的电特性、机械特性、和光学特性以及对这些特性的控制不不限于上述描述。
例如，在实施例和实例中描述的数值、结构、配置、形状、材料、原料、方法(过程)等仅仅是例子。当必要时，可以使用不同于上述的数值、结构、配置、形状、材料、原料、方法(过程)等。
特别地，例如，在根据实施例的单壁碳纳米管FET中，如果使用透明的基板作为基板，并且通过单壁碳纳米管形成源电极13、漏电极14、以及栅电极16，则可以获得透明的单壁碳纳米管FET。
本领域的普通技术人员应当理解，可以根据设计要求和其它因素进行各种变更、组合、子组合、以及改变，只要它们在所附权利要求或其等同物的范围内。

Claims (3)

1.一种制造单壁碳纳米管异质结的方法，在所述单壁碳纳米管异质结中，半导体单壁碳纳米管和金属单壁碳纳米管在其长度方向上彼此连接，其中，在单壁碳纳米管的生长过程中引入缺陷并在单壁碳纳米管的生长过程中诱发手性变化，其中所述手性变化是通过在石墨片的六元环结构中引入五元环或七元环来诱发的。
2.根据权利要求1所述的制造单壁碳纳米管异质结的方法，其中，所述单壁碳纳米管的所述生长是根据等离子体增强化学气相沉积方法在等于或高于400℃且等于或低于750℃的温度下来实施的。
3.一种制造半导体器件的方法，包括形成单壁碳纳米管异质结的步骤，在所述单壁碳纳米管异质结中，半导体单壁碳纳米管和金属单壁碳纳米管在其长度方向上彼此连接，其中，所述单壁碳纳米管异质结是通过在单壁碳纳米管的生长过程中引入缺陷并在单壁碳纳米管的生长过程中诱发手性变化而形成的，其中所述手性变化是通过在石墨片的六元环结构中引入五元环或七元环来诱发的。
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