CN101840997A - 用于制造场效应半导体器件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于制造其中碳纳米管被用于沟道层(5)的场效应半导体器件例如场效应晶体管(6)的方法，该方法包括其中碳纳米管的物理或化学状态通过使碳纳米管经历等离子体处理而改变的步骤。采用该方法，能容易地制造具有电流路径例如沟道层的场效应半导体器件，所述电流路径例如沟道层中碳纳米管被均匀分散，该器件能够防止由碳纳米管的成束导致的器件特性下降。
Description
本申请是索尼株式会社提交的名称为“用于制造场效应半导体器件的方法”、申请号为200480026427.3的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及用于制造场效应半导体器件例如场效应晶体管的方法。
背景技术
碳纳米管是Iijima于1991年发现的完全由碳构成的管状碳分子，碳纳米管的壁完全由6成员碳环(carbon 6-membered ring)理想地构成。如图3A所示，认为单壁碳纳米管42是通过将矩形石墨片(graphene sheet)41的边缘接合在一起而形成的无缝圆筒。多壁碳纳米管由具有不同直径的多个圆筒形碳纳米管构成，这些碳纳米管以套筒方式叠于彼此上。
如图3B所示，除了直径以外，根据接合石墨片的边缘的方向，即6成员碳环相对于该管的圆周方向的取向，碳纳米管分为具有不同空间螺旋特性(chirality)的各种碳纳米管，例如手性(chiral)碳纳米管43、锯齿形(zigzag)碳纳米管44、扶手椅形(armchair)碳纳米管45等。
通过利用化学气相沉积(CVD)工艺在源极/漏极电极之间随机生长单壁碳纳米管能够制造具有由单壁碳纳米管构成的沟道层的场效应晶体管。(参见例如APPLIED PHYSICS LETTERS 82，E.S.Snow et al，(2003)，2145)
具体地，作为碳源的甲烷气体被加热到50℃至80℃利用二茂镍作为催化剂从而制备纳米管，纳米管沉积在沟道层上从而制造器件。
另外，APPLIED PHYSICS LETTERS 82指出，具有由密度小为约1管/μm2的单壁碳纳米管构成的沟道层的场效应晶体管(FET)表现出优异的FET特性，如开启/关闭比值(On/Offratio)是五位的值且迁移率为7cm2/Vs。这是利用单壁碳纳米管的弹道导电(ballistic conduction)的例子。
然而，碳纳米管由于强的范德瓦尔斯力而一起形成厚束(thick bundle)，范德瓦尔斯力使得难以将该束分成单个碳纳米管。作为沟道材料的碳纳米管束的形成增加了载流子传导路径的数目，导致器件性能(器件特性)变差。换言之，需要用于形成碳纳米管均匀分散的状态的处理。
纳米管的束结构使得当通过CVD工艺在源极/漏极电极之间生长碳纳米管时以及当分散碳纳米管时难以实现纳米管的期望分散程度。
此外，在上述传统技术中，仅允许碳纳米管通过CVD工艺直接生长在源极/漏极电极之间，因此所得碳纳米管具有不利的壁结构，例如壁是起伏的或者含有5成员碳环或7成员碳环。在利用具有这样的壁结构的碳纳米管制造的场效应晶体管中，电子很可能被散射，从而降低迁移率。此外，用于该晶体管的制造工艺不容易。
为了解决该问题从而实现具有更高迁移率(mobility)的场效应晶体管，使用通过例如激光烧蚀(laser ablation)工艺制备的碳纳米管是有利的，激光烧蚀工艺是高温合成方法。通过激光烧蚀工艺制备的碳纳米管具有优异的特性，例如每个碳纳米管的壁结构几乎完全由6成员碳环构成且具有很少的缺陷，该事实已经通过电子显微镜下的检验得到证实(M.Shiraishi et al.，Chem.Phys.Lett.358(2002)213.)。
然而，该类型的碳纳米管需要净化工艺(purification process)，且在净化期间碳纳米管由于范德瓦尔斯力而一起形成厚束。具体地，在净化工艺中，碳纳米管在100℃的回流的过氧化氢水溶液(aqueous hydrogen peroxide)中加热5小时，然后在NaOH溶液中经历超声处理。净化工艺期间作为沟道材料的碳纳米管的束的形成增加了传导路径的数目，导致器件性能(器件特性)变差。换言之，需要用于形成这样的状态的处理，即在该状态中碳纳米管被均匀分散从而防止厚束的形成。(已经对作为硅器件的替代的所谓有机半导体场效应晶体管做了研究，因为从成本的观点来看有机半导体场效应晶体管是有利的且当使用塑料衬底时具有模制灵活性(molding flexibility)。)
发明内容
实现本发明用于解决上述问题，一任务是提供一种方法，其有利之处在于该方法容易地制造具有电流路径的场效应半导体器件，所述电流路径具有均匀分散在其中的碳纳米管，且所述场效应半导体器件被防止遭受由于碳纳米管束的形成导致的器件特性的退化。
另外，实现本发明用于解决上述问题，一任务是提供一种方法，其有利之处在于该方法可以使用具有这样的优良特性的碳纳米管，即每个碳纳米管的壁结构具有很少的缺陷，且该方法容易地制造具有电流路径的场效应半导体器件，所述电流路径具有均匀分散在其中的碳纳米管，并且该场效应半导体器件具有优良的器件特性，包括高迁移率。
具体地，本发明涉及用于制造在电流路径例如沟道层中使用碳纳米管的场效应半导体器件的方法，其中该方法包括使所述碳纳米管经历等离子体处理从而在物理或化学状态上改变所述碳纳米管的步骤。
另外，本发明涉及用于制造在电流路径例如沟道层中使用碳纳米管的场效应半导体器件的方法，其中该方法包括步骤：
制备所述碳纳米管的分散液；
将该分散液应用到预定图案；以及
干燥该分散液从而形成由所述碳纳米管构成的电流路径，制造场效应半导体器件。(下文中，该方法经常被称为“本发明的第一方法”。)
另外，本发明涉及用于制造在电流路径例如沟道层中使用碳纳米管的场效应半导体器件的方法，其中该方法包括步骤：
通过激光烧蚀工艺制备所述碳纳米管；
制造该碳纳米管的分散液；
将该分散液应用到预定图案；以及
干燥该分散液从而形成由所述碳纳米管构成的电流路径，制造场效应半导体器件。(下文中，该方法经常被称为“本发明的第二方法”。)
附图说明
图1A和1B是曲线图，示出并比较本发明一实施例中场效应晶体管的两种类型的Vg-Isd特性；
图2A至2C是本发明一实施例中的场效应晶体管的结构示例以及经受等离子体处理之前该晶体管的AFM图；
图3A和3B是示意图，示出碳纳米管的分子结构；
图4是本发明一实施例中的场效应晶体管的Vg-Isd特性的曲线图；
图5是本发明一实施例中的场效应晶体管的温度特性的曲线图；
图6是曲线图，示出本发明一实施例中的场效应晶体管的温度与迁移率之间的关系；
图7是本发明一实施例中的场效应晶体管的在不同温度下确定的Vg-Isd特性的曲线图；
图8是本发明一实施例中的场效应晶体管的Vsd-Isd特性的曲线图；
图9是本发明一实施例中的场效应晶体管的Vsd-Isd特性的曲线图；
图10是曲线图，示出本发明一实施例中的场效应晶体管的温度与电流之间的关系；
图11是曲线图，示出本发明一实施例中的场效应晶体管的温度与电流之间的关系。
具体实施方式
本发明中，上述用语“在物理状态上改变碳纳米管”意味着通过例如利用等离子体处理使碳纳米管经历氧化(oxidation)或燃烧(combustion)来蚀刻碳纳米管的一部分。上述用语“在化学状态上改变碳纳米管”意味着通过例如在等离子体处理中用氧原子等终止碳纳米管的一部分的壁从而将移位的(delocalized)π电子变成σ电子来有意降低传导性。在前一情况中去除多余的纳米管，或者在后一情况中抑制多余的纳米管对载流子传导做出贡献，从而制造具有所需器件特性的场效应半导体器件。
在本发明中，优选地在形成由碳纳米管构成的电流路径(current path)例如沟道层之后进行等离子体处理。在该工艺中，沟道层中束形式的碳纳米管经历等离子体处理以氧化或蚀刻预定碳纳米管从而分开厚束，使得由具有所需分散程度的碳纳米管构成的电流路径能被进一步容易地形成。
优选使用RF等离子体作为等离子体，氧或氢可用作等离子体源。对于用于等离子体处理的条件没有特别限制，但是例如对于用于氧等离子体的条件，优选地功率为15W或更低且等离子体应用时间是3分钟或更短。
在由碳纳米管构成的电流路径例如沟道层的形成中，当允许碳纳米管通过化学气相沉积工艺直接生长在电流路径中时，所得碳纳米管具有不利的壁结构，例如壁是起伏的或者含有5成员碳环或7成员碳环。在利用具有这样的壁结构的碳纳米管制造的场效应半导体器件中，电子很可能被散射，从而降低迁移率。
相反，通过例如作为高温合成方法的激光烧蚀工艺制备的碳纳米管具有优异的特性，例如每个碳纳米管的壁结构几乎完全由6成员碳环构成且具有很少的缺陷，该事实已经通过电子显微镜下的检验得到了证实(M.Shiraishiet al.，Chem.Phys.Lett.358(2002)213.)。
本发明中，优选地，由碳纳米管构成的电流路径例如沟道层通过将碳纳米管的分散体(dispersion)应用到预定图案并干燥所应用的分散体来形成。具体地，优选将选定的优良特性的碳纳米管分散在溶剂中并且将所得分散体逐滴应用到预定图案且然后干燥。在用于制造本发明的场效应半导体器件的方法中，可以使用通过激光烧蚀工艺、化学气相沉积工艺、或电弧放电工艺制备的那些碳纳米管。
在该工艺中，优良特性的碳纳米管的分散体被应用到预定图案且然后被干燥从而形成由优良特性的碳纳米管构成的电流路径例如沟道层，因此可以制造具有电流路径的场效应半导体器件，所述电流路径仅具有均匀分布在其中的具有优良特性的碳纳米管，所述优良特性例如为每个碳纳米管的壁结构具有很少的缺陷。另外，通过将碳纳米管的分散体应用到预定图案并干燥它可以简单地形成电流路径，因此使得制造工艺容易。
优选地，通过激光烧蚀工艺制备的碳纳米管被净化且净化了的优良特性的碳纳米管被分散在溶剂中，所得分散体被逐滴应用到预定图案且然后被干燥。通过作为高温合成方法的激光烧蚀工艺制备的碳纳米管具有优良的特性，例如每个碳纳米管的壁结构具有很少的缺陷，且这些碳纳米管被均匀分散，因此能够容易地制造具有优良性能的场效应半导体器件。一种用于净化的方法为，例如，碳纳米管在100℃的回流的过氧化氢水溶液中加热5小时，然后在NaOH溶液中经历超声处理。
在本发明中，优选形成电流路径例如沟道层使得电流路径中碳纳米管的分散程度为0.1至10管/μm2。当电流路径中碳纳米管的分散程度超过10管/μm2时，场效应半导体器件会相当多地发生故障。基于渗逾理论(percolationtheory)这对应于具有0.1μm至10μm长度的碳纳米管。
优选地使用单壁碳纳米管作为碳纳米管。可以使用多壁碳纳米管，但单壁碳纳米管是优选的，因为单壁碳纳米管能被更容易地制备且具有优良的壁完整性，因此在电子弹道传导方面是优良的。
此外，优选地使用乙醇或二甲基甲酰胺(DMF)作为溶剂。
优选利用本发明的用于制造场效应半导体器件的第一方法来制造如图2A所示的场效应晶体管6，场效应晶体管6配置有：栅极电极1；源极电极3和漏极电极4，其形成为使得栅极绝缘膜2设置在栅极电极1与一对电极3、4之间；以及沟道层5，其作为电流路径形成在电极3、4之间。在这种情况下，具有p型或/和n型操作(operation)的晶体管例如晶体管6能被容易地制造。通过该方法，作为电流路径的沟道层5中碳纳米管构成的不必要的载流子传导路径的数量可被减少，使得高迁移率和高开启/关闭比值(on/offratio)能被实现，从而获得优良的器件特性。
在本发明的用于制造场效应半导体器件的第二方法中，优选地将选定的优良特性的碳纳米管分散在溶剂中并将所得分散液(dispersion liquid)逐滴应用到预定图案且然后干燥。在这种情况下，通过激光烧蚀工艺或化学气相沉积工艺制备的那些碳纳米管能被使用。该方法中，选定的优良特性的碳纳米管能被均匀分散，因此可以容易地制造具有优良性能的场效应半导体器件，所述优良性能例如为器件能够在低温(例如室温或更低)运行，以及具有高的迁移率。
在本发明的用于制造场效应半导体器件的第三方法中，优选地通过激光烧蚀工艺制备的碳纳米管被净化且净化了的优良特性的碳纳米管被分散在溶剂中，所得分散液被逐滴应用到预定图案且然后被干燥。通过作为高温方法的激光烧蚀工艺制备的碳纳米管具有优良的特性，例如每个碳纳米管的壁结构几乎完全由6成员碳环构成且具有很少的缺陷，这些碳纳米管被均匀分散，因此可以容易地制造具有优良性能的场效应半导体器件，所述优良性能例如为器件能在低温(例如室温或更低)下运行，以及具有高的迁移率。此外，场效应晶体管6具有低激活能(activation energy)和低电流，因此即使在低温(例如室温或更低)也能运行，且具有高的迁移率。
在本发明的用于制造场效应半导体器件的第二或第三方法中，场效应晶体管6具有低激活能和低电流，因此即使在低温(例如室温或更低)也能运行，且具有高的迁移率。
<实施例>
下面将参照附图描述本发明的优选实施例。
<示例1>
利用含有分别0.6原子％的Ni/Co的碳靶通过激光烧蚀工艺制备单壁碳纳米管(SWNT)。用于制备的温度是1200度。所制备的SWNT利用过氧化氢水溶液、氢氯酸、以及NaOH水溶液依次净化(M.Shiraishi et al.CPL.358(2002)，213)。利用电子显微镜和EDX、拉曼光谱等的成分分析证实净化了的SWNT具有95％或更高的纯度。
这样获得的SWNT使用超声波2小时被分散在二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，然后借助于离心分离器经历离心分离(4000rpm，15分钟)从而获得仅由上清液(supernatant)构成的分散液，其中SWNT被良好地分散。
然后，所得分散液被逐滴应用到具有如图2A所示的场效应晶体管(FET)结构的SiO2/Si衬底{电极Fe/Au＝10/200nm；栅极宽度(Lsd)：2μm；栅极长度(w)：162.5μm；氧化物膜厚度(Lox)：100nm}，然后被干燥。通过干燥去除了DMF的SWNT的AFM图显示在图2B和2C中。图2B是图2A所示的A部分的AFM图，图2C是由SWNT构成的沟道层5的AFM图。当使用多壁碳纳米管(MWNT)时，用于制备的方法与上述方法类似。
通常，SWNT具有2μm至3μm的长度。基于渗逾理论，这表示SWNT的密度平均为约2至3管/μm2。已发现，在SWNT的密度超过10管/μm2的情况下，场效应晶体管相当多地发生故障。
对于通过上述方法制备的SWNT-FET，在300K的条件下测量了FET特性。结果示于图1A中。固定源极/漏极电极之间0.1V的电压(Vsd)，测量源极/漏极电极之间的电流(Isd)随栅极电压的变化。从图1A可见，在负栅极侧电流趋向于流动，这表明SWNT-FET的运行是p型。此外，显然SWNT-FET具有p型或n型双极性晶体管运行特性。
利用沟道长度(Lsd)、栅极长度(w)、SiO2的介电常数(ε(＝4.0))、SiO2氧化物膜的厚度(Lox)等，迁移率(μ)可以用下面的方程式(1)表示：
从公式(1)确定的迁移率为约5cm2/Vs。然而，开启/关闭比值是一位数或更小的值，表明从实用角度看该器件有问题。
接着，该器件经历氧等离子体处理。当使用具有蚀刻或氧化特性从而使碳纳米管受到适当损坏的气体例如氢来代替氧时，可以获得类似效果。用于氧等离子体处理的条件为功率15W和时间3分钟。对于条件，包括功率和时间，没有特别限制，但是例如对于氧等离子体，优选地功率为15W或更少且等离子体应用时间为3分钟或更短。
对于已经经历等离子体处理的器件，以与上述测量中相同的方式测量FET特性。结果示于图1B中。从图1B可以看出，开启/关闭比值增大至三位数或更大的值。迁移率为6×10-3cm2/Vs，即减小了三位，但是该迁移率比当使用例如Alq3作为用于沟道层的材料时得到的迁移率大两位，且该迁移率相当于使用三苯联胺(triphenyldiamine，TPD)时获得的迁移率，因此该迁移率在有机FET器件中是满意的。
从以上显见，在本发明的方法中，碳纳米管经历等离子体处理从而在物理或化学状态上改变该碳纳米管，因此沟道层中碳纳米管构成的不必要的载流子传导路径的数目能被减小，从而可以实现高迁移率和高开启/关闭比值，使得能够容易地制造具有优良器件特性的场效应晶体管。
另外，通过激光烧蚀工艺制备的碳纳米管被净化且净化了的优良特性的碳纳米管被分散在溶剂中，所得分散液被逐滴应用到预定图案且然后被干燥从而形成由碳纳米管构成的沟道层，因此可以制造具有沟道层的场效应晶体管，所述沟道层仅具有均匀分散在其中的具有优良特性的碳纳米管，所述优良特性即每个碳纳米管的壁结构具有很少的缺陷。此外，通过将碳纳米管的分散体应用到预定图案并干燥它，可以简单地形成沟道层，因此使得制造工艺简单。
<示例2>
利用含有分别0.6原子％的Ni/Co的碳靶通过激光烧蚀工艺制备单壁碳纳米管(SWNT)。用于制备的温度是1200度。所制备的SWNT利用过氧化氢水溶液、氢氯酸、以及NaOH水溶液依次净化(M.Shiraishi et al.CPL 358(2002)，213)。利用电子显微镜和EDX、拉曼光谱等的成分分析证实净化了的SWNT具有95％或更高的纯度。
这样获得的SWNT使用超声波2小时被分散在二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，然后借助于离心分离器经历离心分离(4000rpm，15分钟)从而仅提取上清液中良好分散的SWNT。
然后，所得分散液被逐滴应用到具有如图2A所示的场效应晶体管(FET)结构的SiO2/Si衬底{电极Fe/Au＝10/200nm；栅极宽度(Lsd)：20μm；栅极长度(w)：330μm；氧化物膜厚度(Lox)：100nm}，然后被干燥。通过干燥去除了DMF的SWNT的AFM图显示在图2B和2C中。图2B是图2A所示的A部分的AFM图，图2C是由SWNT构成的沟道层5的AFM图。
图4是曲线图，示出通过上述方法制备的SWNT-FET的运行特性。源极/漏极电极之间的电压(Vsd)固定到0.1V，测量源极/漏极电极之间的电流(Isd)随栅极电压的变化。该实验在室温下进行。从图4可见，在负栅极侧电流趋向于流动，这表明SWNT-FET的运行是p型。SWNT的极性与已经报导的那些一致。
利用沟道长度(Lsd)、栅极长度(w)、SiO2的介电常数(ε(＝4.0))、SiO2氧化物膜的厚度(Lox)等，迁移率(μ)可用上面所示的公式(1)表示。
已经发现，获得了具有公式(1)确定的高达约0.5至7cm2/Vs的迁移率的FET。与传统有机FET的迁移率相比，在室温区能获得满意的迁移率。例如，利用富勒烯(C60)作为用于沟道层的材料的FET具有至多0.6cm2/Vs的迁移率，利用并五苯等的稠合芳烃化合物FET具有至多2至5cm2/Vs的迁移率，利用其它材料的FET具有至多10至2cm2/Vs的迁移率，而本发明中的FET具有与多晶硅或非晶硅器件的迁移率相当的迁移率(0.5至7cm2/Vs)。
接着，测量器件运行的温度特性和迁移率的温度特性。结果示于图5和6中。研究了与硅相关的迁移率，用图6中的曲线示出利用该研究中所获得的公式的拟合。
从图6可见，硅器件在低温侧未正常运行。在晶体系统中，载流子在低温冻住，因此迁移率几乎为零，即器件停止运行。相反，从图5和6可见，用本发明的方法制造的SWNT-FET被证明甚至在低温也作为器件运行，同时保持迁移率基本等于在室温下获得的迁移率。即，用本发明的方法制造的SWNT-FET是有利的，不仅在于它具有比利用其它有机材料的器件的迁移率高的迁移率，而且在于其保证了在低温的运行，这是由Si等构成的晶体半导体不能实现的。
图7是曲线图，示出通过上述方法制备的样品器件在不同测量温度下的Isd-Vg特性的测量结果。源极/漏极电极之间的电压(Vsd)设置为10V。该样品器件是图2A至2C所示的SiO2/Si衬底的FET结构(电极Fe/Au＝10/200nm；栅极宽度(Lsd)：20μm；栅极长度(w)：330μm；氧化物膜厚度(Lox)：100nm)。从图7可见，甚至在低温环境中，与在室温实现的器件运行基本类似的器件运行是可行的。另外，显然样品器件具有p型或n型双极性晶体管运行特性。
图8是曲线图，示出通过上述方法制备的样品器件具有不同栅极电压(Vg)时且在不同测量温度下的Isd-Vsd特性的测量结果。该样品器件是图2A至2C所示的SiO2/Si衬底的FET结构(电极Fe/Au＝10/200nm；栅极宽度(Lsd)：20μm；栅极长度(w)：330μm；氧化物膜厚度(Lox)：100nm)。从图8可见，甚至在低温环境中，器件运行也是可行的。
图9是曲线图，示出通过上述方法制备的样品器件具有不同栅极电压(Vg)时Isd-Vsd特性的测量结果。测量温度为20K。该样品器件是图2A至2C所示的SiO2/Si衬底的FET结构(电极Fe/Au＝10/200nm；栅极宽度(Lsd)：20μm；栅极长度(w)：330μm；氧化物膜厚度(Lox)：100nm)。从图9可见，甚至在低温环境中，器件运行也是可行的。
图10是曲线图，示出对通过上述方法制备的样品器件测量的源极/漏极电极之间的电流(Isd)与测量温度之间的关系。源极/漏极电极之间的电压(Vsd)设置为0.1V，栅极电压设置为0V。该样品器件是图2A至2C所示的SiO2/Si衬底的FET结构(电极Fe/Au＝10/200nm；栅极宽度(Lsd)：20μm；栅极长度(w)：330μm；氧化物膜厚度(Lox)：100nm)。从图10可见，当环境温度为80K或更高时，激活能小至3meV。例如，代替器件的沟道层中的SWNT，当使用富勒烯分子(C60)时，激活能为90meV，当使用富勒烯分子(C70)时，激活能为110meV，当使用并五苯时，激活能为16meV，当使用Cu-PC(铜酞菁)时，激活能为160meV。从该结果显见，SWNT-FET具有低激活能和低电流，因此即使在低温环境中也能够运行。
图11是曲线图，示出对通过上述方法制备的样品器件测量的源极/漏极电极之间的电流(Isd)与测量温度之间的关系。测量在栅极电压(Vg)设置为0V或-20V的条件下进行。该样品器件是图2A至2C所示的SiO2/Si衬底的FET结构(电极Fe/Au＝10/200nm；栅极宽度(Lsd)：20μm；栅极长度(w)：330μm；氧化物膜厚度(Lox)：100nm)。从该结果显见，栅极电压的应用确实向形成沟道层的碳纳米管施加了电场。
从以上显见，在根据本发明的用于制造场效应半导体器件的方法中，通过激光烧蚀工艺制备的碳纳米管被净化且净化了的优良特性的碳纳米管被分散在溶剂中，所得分散液被逐滴应用到预定图案且然后被干燥从而形成由碳纳米管构成的沟道层，因此能够制造具有沟道层的场效应晶体管，所述沟道层仅具有均匀分散在其中的具有优良特性的碳纳米管，所述优良特性即每个碳纳米管的壁结构具有很少的缺陷。另外，通过将碳纳米管的分散体应用到预定图案并干燥它能够简单地形成沟道层，因此使制造工艺容易。因此，通过该方法获得的场效应晶体管具有优良的性能，例如晶体管在低温运行且具有高的迁移率。
以上描述了本发明的实施例和示例，但它们可以基于本发明的技术构思被改变或修改。
工业实用性
根据本发明，该方法包括使碳纳米管经历等离子体处理从而在物理或化学状态上改变碳纳米管的步骤，因此可以减少碳纳米管传导路径的数量，从而能够容易地制造具有电流路径且具有优良的器件性能(器件特性)的场效应半导体器件，所述电流路径具有均匀分散在其中的碳纳米管。
另外，根据本发明，该方法包括将碳纳米管的分散液应用到预定图案并干燥该分散液从而形成由碳纳米管构成的电流路径例如沟道层的步骤，并且例如碳纳米管的选择在制备分散液的阶段中进行，仅选定的优良特性的碳纳米管被使用，从而制造具有电流路径且具有高迁移率的场效应半导体器件，所述电流路径仅具有均匀分布在其中的具有优良特性的碳纳米管，所述优良特性例如为每个碳纳米管的壁结构具有很少的缺陷。另外，通过将碳纳米管的分散液应用到预定图案并干燥它可以简单地形成该电流路径，因此使得制造工艺容易。因此，通过该方法获得的场效应半导体器件具有例如低激活能和低电流，因此具有优良性能，例如该器件即使在低温也便利地运行。
另外，由于通过激光烧蚀工艺制备碳纳米管的步骤，如上所述的优良特性的碳纳米管的选择不是必需的，可以通过激光烧蚀制备具有这样的优良特性的碳纳米管，即每个碳纳米管的壁结构基本完全由六成员碳环构成且具有很少的缺陷，因此使得制造工艺更容易。
Claims (11)
1.一种用于制造在电流路径中使用碳纳米管的场效应半导体器件的方法，该方法包括如下步骤：
形成由所述碳纳米管组成的电流路径，
使所述电流路径经历等离子体处理从而改变所述碳纳米管的物理或化学状态的步骤。
2.如权利要求1所述的用于制造场效应半导体器件的方法，其中所述等离子体处理在形成由所述碳纳米管构成的所述电流路径之后进行。
3.如权利要求1所述的用于制造场效应半导体器件的方法，其使用RF等离子体作为所述等离子体。
4.如权利要求1所述的用于制造场效应半导体器件的方法，其使用氧或氢作为用于所述等离子体处理的等离子体源。
5.如权利要求1所述的用于制造场效应半导体器件的方法，其中所述碳纳米管通过激光烧蚀工艺或化学气相沉积工艺制备。
6.如权利要求1所述的用于制造场效应半导体器件的方法，其中形成所述电流路径使得所述电流路径中所述碳纳米管的分散程度为0.1至10管/μm2。
7.如权利要求1所述的用于制造场效应半导体器件的方法，其中使用的所述碳纳米管具有0.1μm至10μm的长度。
8.如权利要求1所述的用于制造场效应半导体器件的方法，其使用乙醇或二甲基甲酰胺作为所述溶剂。
9.如权利要求1所述的用于制造场效应半导体器件的方法，其制造场效应晶体管，该场效应晶体管包括：栅极电极；源极电极和漏极电极，其形成为使得栅极绝缘膜设置在所述栅极电极与所述源极和漏极电极之间；以及沟道层，其作为所述电流路径形成在所述源极和漏极电极之间。
10.如权利要求1或9所述的用于制造场效应半导体器件的方法，其制造具有p型或/和n型操作的晶体管。
11.如权利要求1所述的用于制造场效应半导体器件的方法，其使用单壁碳纳米管作为所述碳纳米管。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20100922 |