CN103996624A - 柔性碳纳米管晶体管的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了柔性碳纳米管晶体管的制备方法，包括：在基底上制备柔性背栅衬底；将单壁碳纳米管的平行阵列转移至柔性背栅衬底表面；利用电击穿法去除金属性的单壁碳纳米管；利用光刻和刻蚀工艺去除部分电击穿电极，形成源/漏电极结构；在柔性背栅衬底上形成栅介质层；栅介质层将柔性背栅衬底表面、单壁碳纳米管平行阵列和源/漏电极图形覆盖住；在栅介质层表面形成顶栅电极；在源/漏电极图形上引出源/漏电极；去除基底，形成柔性碳纳米管晶体管。本发明的方法，发挥了半导体性单壁碳纳米管的高迁移率的本征特性，直接改进电击穿电极使其能够作为后续的源/漏电极结构，简化了工艺步骤，提高了器件性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种柔性碳纳米管晶体管的制备方法。
背景技术
近年来，随着柔性显示技术和智能可穿戴产品的迅速发展，柔性电子学受到越来越多的关注，对柔性场效应晶体管(FET)的研究也逐渐成为热点课题，目前较为成熟的柔性晶体管制备工艺主要是基于有机半导体材料，或采用低温多晶硅工艺。有机半导体材料虽然具有较好的柔韧性和较低的工艺成本，但其较低的载流子迁移率极大地限制了器件性能的提升，同时，有机半导体材料还极易受到氧气和湿度的影响，从而导致器件的可靠性存在很大问题。低温多晶硅工艺虽然可以在一定程度上改善有机半导体材料的可靠性问题，但其器件性能仍然很难得到有效提升，同时其复杂的制造工艺也极大地增加了生产成本，从而限制了其应用推广，因此，目前对于柔性晶体管的研究重点仍然是寻找合适的无机半导体材料，以制备高性能的柔性晶体管，并克服有机半导体材料的可靠性问题。
单壁碳纳米管(SWNT)具有独特的电学特性，尤其是半导体的单壁碳纳米管具有非常高的载流子迁移率，在场效应晶体管中可表现出弹道输运特性，是制备高性能的场效应晶体管的理想材料。同时，碳纳米管还具有优异的材料特性，如良好的机械柔韧性和延展性以及光学透明性，这使得碳纳米管也是制备柔性电子器件的理想材料，目前已经有众多研究结果展示了利用半导体性单壁碳纳米管所制备的柔性晶体管及其潜在的应用成果(T.Takahashi,et.al,Nano Lett.2011,11,5408–5413；D.-M.Sun,et.al,Nature Nanotech.2011,6,156-161；C.Wang,et.al,Nano Lett.2012,12,1527-1533；C.Wang,et.al,Nature Materials2013,12,899-904；D.-M.Sun,et.al,Nature Commun.2013,4:2302,1-8)，这些研究工作所报道的柔性碳纳米管晶体管基本都是基于薄膜或网络状的半导体性碳纳米管，虽然其器件性能相比有机半导体材料已经有极大提升，但是在碳纳米管薄膜或网络中存在大量的管与管之间的交叉连接，这极大地抑制了碳纳米管本身的高迁移率特性，从而使得器件性能很难实现大幅提升。可以想象，要使半导体碳纳米管发挥高迁移率的输运特性，必须保证源/漏电极之间的每根碳纳米管的完整性，即源/漏电极之间必须是单根或平行阵列的半导体性碳纳米管。但是，到目前为止，在柔性衬底上制备高性能的基于平行阵列的单壁碳纳米管晶体管的工艺还未得到广泛研究，如果能够在柔性衬底上制备基于平行阵列的单壁碳纳米管晶体管，并且与现有的硅基集成电路的制备工艺完全兼容，则在不增加成本的前提下，就能够提高柔性晶体管的性能和可靠性。
发明内容
为了克服以上问题，本发明的目的是通过将单壁碳纳米管平行阵列转移在柔性背栅衬底上，并采用光刻和刻蚀工艺制备源/漏电极、栅电极，从而制备出基于单壁碳纳米管平行阵列的柔性碳纳米管晶体管，提高现有的柔性碳纳米管晶体管的性能和可靠性。
为了实现上述目的，本发明提供了一种柔性碳纳米管晶体管的制备方法，其包括：
提供一基底，在所述基底上制备柔性背栅衬底；
将单壁碳纳米管的平行阵列转移至所述柔性背栅衬底表面；
在所述单壁碳纳米管平行阵列的表面制备电击穿电极，利用电击穿法去除金属性的所述单壁碳纳米管；其中，所述电击穿电极具有与所述碳纳米管垂直的部分和平行的部分；
利用光刻和刻蚀工艺去除所述电击穿电极与所述单壁碳纳米管平行的部分，所述电击穿电极与所述单壁碳纳米管垂直的部分形成源/漏电极结构；
在所述柔性背栅衬底上形成栅介质层；所述栅介质层将所述柔性背栅衬底表面、所述单壁碳纳米管平行阵列和所述源/漏电极结构覆盖住；
在所述栅介质层表面且对应于所述源/漏电极结构之间的空隙上方形成顶栅电极；
在所述栅介质层中且对应于所述源/漏电极结构上方引出源/漏电极；
去除所述基底，形成所述柔性碳纳米管晶体管。
优选地，利用梳状电极作为电击穿时的电极，采用所述电击穿法去除所述金属性的单壁碳纳米管的过程包括：
在所述碳纳米管平行阵列表面制备梳状电极，所述梳状电极的梳齿垂直于所述单壁碳纳米管平行阵列；
在所述柔性背栅衬底表面引出背栅电极；
利用电击穿技术去除所述金属性的所述单壁碳纳米管。
优选地，引出所述背栅电极的方法，包括：
在所述柔性背栅衬底表面涂覆光刻胶层；
经光刻工艺，在光刻胶层中形成背栅电极接触孔图案；
再经刻蚀工艺，在所述背栅衬底中形成背栅电极接触孔图案；
在所述光刻胶层和所述背栅衬底层中的背栅电极接触孔图案中填充金属，再将所述光刻胶层去除，从而引出所述背栅电极；其中，所述单壁碳纳米管与所述背栅电极不接触。
优选地，在引出所述背栅电极之前，还包括：采用光刻和刻蚀工艺，刻蚀掉靠近所述背栅电极接触孔图案的碳纳米管的部分，使所述单壁碳纳米管与所述背栅电极图案不接触。
优选地，利用所述电击穿技术去除所述金属性的所述单壁碳纳米管包括以下步骤：
在所述背栅电极上施加正偏压，以耗尽半导体性的单壁碳纳米管；
在所述梳状电极两端施加电压或电流，以烧断金属性的单壁碳纳米管。
优选地，所述梳状电极的材料为Ti/Au或Ti/Pd，制备所述梳状电极的方法包括采用光刻和金属剥离工艺。
优选地，在所述基底上制备柔性背栅衬底，包括以下步骤：
在所述基底表面涂布液态柔性材料，并将所述液态柔性材料烘干形成柔性衬底；
在所述柔性衬底表面沉积背栅金属层；
在所述背栅金属层表面沉积背栅介质层。
优选地，去除所述基底的方法，包括：直接将所述柔性背栅衬底从所述基底表面剥离下来。
优选地，将单壁碳纳米管的平行阵列转移至所述柔性背栅衬底表面的方法，包括：
在石英衬底上生长单壁碳纳米管平行阵列；
在所述石英衬底上沉积金薄膜，所述金薄膜将所述单壁碳纳米管平行阵列覆盖并粘附住；
在所述金薄膜表面粘附一层热解材料层；
揭拉所述热解材料层，所述热解材料层粘附着所述金薄膜和所述单壁碳纳米管平行阵列一起从所述石英衬底表面分离下来；
将带有所述单壁碳纳米管平行阵列的热解材料层表面对准所述柔性背栅衬底表面，并将所述热解材料层按压在所述柔性背栅衬底表面；
加热所述热解材料层，并将所述热解材料层从所述金薄膜表面剥离下来；
刻蚀去除所述金薄膜。
优选地，所述源/漏电极的引出方法，包括：
在所述栅介质层表面且位于所述源/漏电极图形上方涂覆光刻胶层；
经光刻工艺，在光刻胶层中形成源/漏电极图案；
再经刻蚀工艺，在所述栅介质层中形成源/漏电极接触孔图案；
在所述光刻胶层和所述栅介质层中的源/漏电极接触孔图案中填充金属，再将所述光刻胶层去除，从而引出所述源/漏电极。
本发明所提出的柔性碳纳米管晶体管的制备方法，将单壁碳纳米管平行阵列转移至柔性背栅衬底表面，并利用电击穿法原位去除金属性的单壁碳纳米管，保留半导体性的单壁碳纳米管，所制备的器件结构保证了源/漏电极之间半导体性单壁碳纳米管的完整性，从而发挥了半导体性单壁碳纳米管的高迁移率的本征特性，确保了器件性能的大幅提升。并且，在电击穿法中，采用具有与单壁碳纳米管相互垂直部分和平行部分的电击穿电极，在完成电击穿之后，直接原位将与单壁碳纳米管相平行部分的电击穿电极去除，保留相垂直部分的电击穿电极，从而无需再另行制备源/漏电极材料，即可在单根或平行阵列的半导体性单壁碳纳米管两端连接有源/漏电极，简化了工艺步骤，为电路设计提供了便利；此外，本发明所提出的制备柔性碳纳米管晶体管的方法，其制备工艺与传统的硅基集成电路的制备工艺完全兼容，因此其具有非常重要的应用价值。
附图说明
图1为本发明的柔性碳纳米管晶体管的制备方法的流程示意图
图2为本发明的一个较佳实施例中的基底结构示意图
图3-5为本发明的一个较佳实施例中制备柔性背栅衬底的步骤示意图
图6-12为本发明的一个较佳实施例中将单壁碳纳米管平行阵列转移至柔性背栅衬底表面的步骤示意图，其中，图9a为揭拉热解材料层的立体示意图，图9b为揭拉热解材料层的截面结构示意图；图10a为按压热解材料层的立体示意图，图10b为按压热解材料层的截面结构示意图；图11a为剥离热解材料层的立体结构示意图，图11b为剥离热解材料层的截面结构示意图，图11c为剥离热解材料层之后的立体结构示意图
图13-14为本发明的一个较佳实施例中采用电击穿法去除金属性单壁碳纳米管的步骤示意图
图15为本发明的一个较佳实施例中源/漏电极结构的示意图
图16为本发明的一个较佳实施例中沉积栅介质层的示意图
图17为本发明的一个较佳实施例中制备顶栅电极的示意图
图18为本发明的一个较佳实施例中引出源/漏电极的示意图
图19为本发明的一个较佳实施例中将柔性背栅衬底从基底表面剥离下来的示意图
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
如前所述，现有的基于柔性衬底的碳纳米管晶体管均是以网状或薄膜结构为基础的，在碳纳米管薄膜或网络中存在大量的管与管之间的交叉连接，这极大地抑制了碳纳米管本身的高迁移率特性，从而使得器件性能很难实现大幅提升；有人提出了在硅衬底上制备单壁碳纳米管平行阵列的晶体管，如果能在柔性衬底上制备单壁碳纳米管平行阵列的晶体管，在源/漏电极之间形成单个或平行阵列的单壁碳纳米管沟道，发挥了半导体性单壁碳纳米管的高迁移率的本征特性，将会大大提升柔性衬底的碳纳米管的性能和可靠性。为此，本发明提出了一种柔性碳纳米管晶体管的制备方法，其与现有的硅基集成电路的制备工艺完全兼容，在不增加成本的前提下，实现柔性衬底上基于单壁碳纳米管平行阵列的晶体管，提高了柔性碳纳米管晶体管的性能。
需要说明的是，本发明的柔性碳纳米管晶体管为场效应晶体管，可以包括NMOS、PMOS或CMOS场效应晶体管。
本发明的柔性碳纳米管晶体管的制备方法，包括：
提供一基底，在基底上制备柔性背栅衬底；
将单壁碳纳米管的平行阵列转移至背栅衬底表面；
在单壁碳纳米管平行阵列表面制备电击穿电极，利用电击穿法去除金属性的单壁碳纳米管；其中，电击穿电极具有与单壁碳纳米管平行的部分和垂直的部分；
利用光刻和刻蚀工艺去除电击穿电极与单壁碳纳米管平行的部分，电击穿电极与碳纳米管垂直的部分形成源/漏电极结构；
在背栅衬底上形成栅介质层；栅介质层将背栅衬底表面、单壁碳纳米管平行阵列和源/漏电极图形覆盖住；
在栅介质层表面形成顶栅电极；
在源/漏电极结构上引出源/漏电极；
去除基底，形成柔性碳纳米管晶体管。
以下将结合附图1-19和具体实施例对本发明的柔性碳纳米管晶体管的制备方法作详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。
请参阅图1，为本发明的柔性碳纳米管晶体管的制备方法的流程示意图。本发明的柔性碳纳米管晶体管的制备方法，包括以下步骤：
步骤S01：提供一基底，在基底上制备柔性背栅衬底；
具体的，在本发明中，基底起到对柔性背栅衬底以及整个制备工艺中的支撑作用，并且应当在整个制备过程中不发生变形，具有一定的支撑力、耐腐蚀性等。由于在现有的硅基集成电路制造工艺中，常用的基础材料为Si/SiO2，因此，请参阅图2，为本发明的一个较佳实施例中的基底结构示意图，本发明的一个较佳实施例中，采用Si/SiO2作为基底材料，其形成方法可以但不限于包括：首先提供一Si衬底1；然后在Si衬底1表面采用热氧氧化工艺形成一层SiO2层2，从而制备出Si/SiO2基底00。
在本发明的一个较佳实施例中，以Si/SiO2为基底，请参阅图3-5，为本发明的一个较佳实施例中制备柔性背栅衬底的步骤示意图。其柔性背栅衬底的制备过程如下：
步骤101：请参阅图3，在Si/SiO2基底00表面涂布液态柔性材料，并将液态柔性材料烘干形成柔性衬底3；
这里，具体的，在SiO2层2表面涂布液态柔性材料，柔性材料可以为聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷等，既然需要制备液态柔性材料，那么，该柔性材料可以具有良好的溶解度，比如，可以溶于有机溶剂等性能，也可以具有良好的耐腐蚀、耐高温性能，以确保后续制备的工艺中柔性材料不被破坏掉，当然，能够被称为柔性材料，其也应当具有良好的柔韧性，在弯曲的状态下不易发生脆裂等缺陷。
步骤102：请参阅图4，在柔性衬底3表面沉积背栅金属层4；
这里，可以但不限于采用物理溅射或电子束蒸发等工艺来沉积Au或Al等金属材料作为背栅金属层4的材料；
步骤103：请参阅图5，在背栅金属层4表面沉积背栅介质层5。
这里，可以但不限于采用电子束蒸发方法来沉积背栅介质层5，所采用的材料可以但不限于为SiO2，也可以采用原子层淀积技术(ALD)来沉积背栅基质层5，所淀积的材料可以但不限于为Al2O3、HfO2等高k栅介质材料。具体的沉积工艺参数可以根据实际工艺要求来设定，本发明对此不做限制。
柔性背栅衬底制备好后，继续进行本发明的柔性碳纳米管晶体管的制备，过程如下：
步骤S02：将单壁碳纳米管的平行阵列转移至柔性背栅衬底表面；
具体的，在本发明中，由于本领域的普通技术人员可以知晓单壁碳纳米管平行阵列的制备过程，本发明对此不再赘述。请参阅图6-12，为本发明的一个较佳实施例中将单壁碳纳米管平行阵列转移至柔性背栅衬底表面的步骤示意图，在本发明的一个较佳实施例中，将单壁碳纳米管平行阵列转移至柔性背栅衬底表面，包括以下步骤：
步骤201：请参阅图6，在石英衬底S上生长单壁碳纳米管平行阵列6；
这里，采用在石英衬底S上生长单壁碳纳米管平行阵列6，仅作为举例说明，本发明不局限于石英衬底S。生长过程可以但不限于为：在石英衬底S上通过催化剂定位并利用化学气相沉积法(CVD)借助气流辅助进行生长。
步骤202：请参阅图7，在石英衬底S上沉积金薄膜7，金薄膜7将单壁碳纳米管平行阵列6覆盖并粘附住；
这里，可以但不限于采用电子束蒸发技术，进行金薄膜7的沉积；之所以选择金薄膜7，是因为金与单壁碳纳米管具有很好的粘附性和延展性，这样，在后续揭拉热解材料层的时候，金薄膜7可以粘附住单壁碳纳米管平行阵列一起被揭拉下来，而且，金薄膜7不会因揭拉过程中的弯曲等变形而发生断裂现象，确保了转移过程的顺利进行；并且，金属活动性很低，不易被氧化，这样确保了不会影响到单壁碳纳米管表面的导电性。金薄膜7的厚度可以控制在100nm左右，这样，可以确金薄膜7的连续性和将单壁碳纳米管都覆盖并粘附住。之所以将碳纳米管平行阵列6覆盖住，一是可以为后续粘附热解材料层提供给一个平坦表面；二是防止后续热解材料层8与单壁碳纳米管6表面相接触，破坏单壁碳纳米管6表面的导电性。然在本发明中，只要可以满足良好粘附性、延展性和较低的金属活动性的材料都可以替代金薄膜7应用于本步骤中。
步骤203：请参阅图8，在金薄膜7表面粘附一层热解材料层8；
这里，热解材料层8具有一定的粘附性，可以但不限于为热解胶带，在一定的温度下这种热解材料层8可以很容易与金薄膜7相分离，以确保后续热解材料层8剥离过程的顺利进行。
步骤204：请参阅图9a-9b，其中，图9a为揭拉热解材料层的立体示意图，图9b为揭拉热解材料层的截面结构示意图；揭拉热解材料层8，热解材料层8粘附着金薄膜7和单壁碳纳米管平行阵列6一起从石英衬底S表面分离下来；
步骤205：请参阅图10a-10b，其中，图10a为按压热解材料层的立体示意图，图10b为按压热解材料层的截面结构示意图；将带有单壁碳纳米管平行阵列6的热解材料层8表面对准柔性背栅衬底表面，并将热解材料层8按压在背栅衬底表面；具体的，将热解材料层8按压在背栅介质层5的表面。
这里，通过按压，不仅可以使单壁碳纳米管平行阵列6和金薄膜7具备转移至柔性背栅衬底上，还可以使金薄膜7铺展开，从而使单壁碳纳米管平行阵列6铺展在柔性背栅衬底表面。
步骤206：请参阅图11a-11c，其中，图11a为剥离热解材料层的立体结构示意图，图11b为剥离热解材料层的截面结构示意图，图11c为剥离热解材料层之后的立体结构示意图；加热热解材料层8，并将热解材料层8从金薄膜7表面剥离下来；
这里，对于不同的热解材料，具有不同的加热温度；当加热至一定温度后，热解材料层8可以顺利地从金薄膜7上剥离下来，比如热解胶带；加热温度通常可以为90～120℃。
步骤207：请参阅图12，刻蚀去除金薄膜7。
这里，可以但不限于采用KI/I2刻蚀剂来进行金薄膜7的去除。
至此，本发明中，将单壁碳纳米管平行阵列6转移至柔性背栅衬底之后，继续本发明的柔性碳纳米管晶体管的制备，过程如下：
步骤S03：在单壁碳纳米管平行阵列表面制备电击穿电极，利用电击穿法去除金属性的单壁碳纳米管；
具体的，本发明中，由于碳纳米管晶体管利用的是半导体性的单壁碳纳米管的高迁移率的特定，而单壁碳纳米管平行阵列生长过程中，通常有1/3会表现为金属特性，因此，在制备柔性碳纳米管晶体管的时候需要将金属性的单壁碳纳米管去除掉，保留半导体性的单壁碳纳米管。这里，采用电击穿法来去除，考虑到单壁碳纳米管的平行阵列分布形貌，本发明还为此改进了电击穿电极的结构，电击穿电极具有与碳纳米管垂直的部分和平行的部分；请参阅图13-14，为本发明的一个较佳实施例中采用电击穿法去除金属性单壁碳纳米管的步骤示意图，在本发明的一个较佳实施例中，利用梳状电极9作为电击穿时的电极，梳状电极9的梳齿垂直于单壁碳纳米管平行阵列6，电击穿去除金属性单壁碳纳米管6的过程包括：
步骤301：请参阅图13，在单壁碳纳米管平行阵列6表面制备梳状电极9，梳状电极9的梳齿垂直于单壁碳纳米管平行阵列6；
这里，可以采用光刻和金属剥离工艺制备梳状电极9，具体的可以包括：在单壁碳纳米管平行阵列表面涂覆光刻胶，经光刻工艺，在光刻胶中形成梳状电极的图案；在光刻胶中的梳状电极图案中填充金属材料，最后，去除光刻胶，从而在单壁碳纳米管平行阵列表面形成梳状电极9；梳状电极9的材料可以为Ti/Au或Ti/Pd。
步骤302：请参阅图14，在柔性背栅衬底表面引出背栅电极10；
这里，具体的，引出背栅电极的方法，可以采用光刻、刻蚀和金属剥离工艺，具体的包括：
在柔性背栅衬底表面涂覆光刻胶层；
经光刻工艺，在光刻胶层中形成背栅电极接触孔图案；
再经刻蚀工艺，在背栅衬底中形成背栅电极接触孔图案；这里，背栅衬底表面为背栅介质层5，则通过刻蚀背栅介质层5，在其中形成接触孔图案；
在光刻胶层和背栅衬底层中的背栅电极接触孔图案中填充金属，再将光刻胶层去除，从而引出背栅电极10。
需要说明的是，单壁碳纳米管与背栅电极10不能接触，否则，背栅电极10与单壁碳纳米管之间产生电联，将使器件失效。因此，在本发明的该较佳实施例中，在引出背栅电极10之前，还可以包括：采用光刻和刻蚀工艺，刻蚀掉靠近背栅电极接触孔图案的单壁碳纳米管的部分，使单壁碳纳米管与背栅电极图案不接触。
步骤303：利用电击穿技术去除金属性的单壁碳纳米管。
这里，具体的过程可以包括以下步骤：
在背栅电极10上施加一定的正偏压，以耗尽半导体性的单壁碳纳米管；
在梳状电极9两端施加较大的电压或电流，以烧断金属性的单壁碳纳米管。这样，在梳状电极9之间就只保留有半导体性的单壁碳纳米管平行阵列。
去除金属性单壁碳纳米管之后，继续进行本发明的碳纳米管晶体管的制备，后续过程包括：
步骤S04：利用光刻和刻蚀工艺去除电击穿电极与单壁碳纳米管平行的部分，电击穿电极与单壁碳纳米管垂直的部分形成源/漏电极结构；
具体的，在本发明的一个较佳实施例中，请参阅图15，为本发明的一个较佳实施例中源/漏电极结构的示意图。梳状电极9的去除可以采用光刻和刻蚀工艺，留下梳状电极的梳齿部分，去除主干部分，即可形成源/漏电极结构11；这是因为：梳状电极9的梳齿部分与单壁碳纳米管相互垂直，单壁碳纳米管可以作为两个梳齿之间的传输通道，可以作为单壁碳纳米管两端的源/漏电极结构；而主干部分与单壁碳纳米管相互平行，单壁碳纳米管无法作为传输通道，因此不能作为单壁碳纳米管两端的源/漏电极结构。采用去除部分电击穿电极的做法，一方面保证了用作晶体管沟道材料的半导体性单壁碳纳米管的完整性，另一方面也为晶体管之间的互联和电路实现提供了便利，无需再进行源/漏电极材料的制备。
步骤S05：在柔性背栅衬底上形成栅介质层；栅介质层将柔性背栅衬底表面、单壁碳纳米管平行阵列和源/漏电极结构覆盖住；
具体的，请参阅图16，为本发明的一个较佳实施例中沉积栅介质层的示意图，在本发明的一个较佳实施例中，可以但不限于采用原子层沉积技术来沉积栅介质层12，栅介质层12的材料可以为高K栅介质材料，例如，HfO2或Al2O3等。
步骤S06：在栅介质层表面且对应于源/漏电极结构之间的空隙上方形成顶栅电极；
具体的，可以采用光刻和剥离工艺在栅介质层表面且对应于源/漏电极结构之间的空隙上方形成顶栅电极；请参阅图17，为本发明的一个较佳实施例中制备顶栅电极的示意图，具体可以包括：在栅介质层12表面涂覆一层光刻胶；经光刻工艺，在光刻胶中形成顶栅电极图案，顶栅电极图案对应于源/漏电极结构之间的空隙上方的位置；在顶栅电极图案中填充顶栅电极材料；将光刻胶去除，从而形成顶栅电极13。顶栅电极13的材料可以但不限于为Ti/Au或Ti/Pd。
需要说明的是，在该较佳实施例中，仅以具有多叉指(finger)结构的顶栅电极为例来解释说明顶栅电极的位置，但是，在本发明中，不局限于采用多叉指结构的顶栅电极，还可以在碳纳米管平行阵列两端的各设置单个顶栅电极等。
步骤S07：在栅介质层中且对应于源/漏电极结构上方引出源/漏电极；
具体的，请参阅图18，为本发明的一个较佳实施例中引出源/漏电极的示意图；在本发明的一个较佳实施例中，源/漏电极的引出方法，可以采用光刻、刻蚀和剥离工艺，具体的可以包括：
在栅介质层12表面且位于源/漏电极结构11上方涂覆光刻胶层；
经光刻工艺，在光刻胶层中形成源/漏电极接触孔图案；该源/漏电极接触孔图案对应于源/漏电极结构上方的位置；
再经刻蚀工艺，在栅介质层中形成源/漏电极接触孔图案；该源/漏电极接触孔图案对应于源/漏电极结构上方的位置，且在栅介质层中。
在光刻胶层和栅介质层中的源/漏电极接触孔图案中填充金属，再将光刻胶层去除，从而引出源/漏电极14。
步骤S08：去除基底00，形成柔性碳纳米管晶体管。
具体的，在本发明的一个较佳实施例中，请参阅图19，为本发明的一个较佳实施例中将柔性背栅衬底从基底表面剥离下来的示意图，去除述基底00的方法可以包括：直接将柔性背栅衬底从基底00表面剥离下来，从而得到柔性碳纳米管晶体管器件G。
综上所述，本发明的柔性碳纳米管晶体管的制备方法，将单壁碳纳米管平行阵列转移至柔性背栅衬底表面，并利用电击穿法原位去除金属性的单壁碳纳米管，保留半导体性的单壁碳纳米管，所制备的器件结构保证了源/漏电极之间半导体性单壁碳纳米管的完整性，从而发挥了半导体性单壁碳纳米管的高迁移率的本征特性，确保了器件性能的大幅提升。并且，在电击穿法中，采用具有与单壁碳纳米管相互垂直部分和平行部分的电击穿电极，在完成电击穿之后，直接原位将与单壁碳纳米管相平行部分的电击穿电极去除，保留相垂直部分的电击穿电极，从而无需再另行制备源/漏电极材料，即可在单根或平行阵列的半导体性单壁碳纳米管两端连接有源/漏电极，简化了工艺步骤，为电路设计提供了便利；此外，本发明所提出的制备柔性碳纳米管晶体管的方法，其制备工艺与传统的硅基集成电路的制备工艺完全兼容，因此其具有非常重要的应用价值。
需要说明的是，附图中将一些结构的透明度设为透明，是为了便于直观的解释本发明中的碳纳米管晶体管的制备步骤，并不用于限定本发明，也不用于任何外观限定。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。
Claims (10)
1.一种柔性碳纳米管晶体管的制备方法，其特征在于，包括：
提供一基底，在所述基底上制备柔性背栅衬底；
将单壁碳纳米管的平行阵列转移至所述柔性背栅衬底表面；
在所述单壁碳纳米管平行阵列的表面制备电击穿电极，利用电击穿法去除金属性的所述单壁碳纳米管；其中，所述电击穿电极具有与所述碳纳米管垂直的部分和平行的部分；
利用光刻和刻蚀工艺去除所述电击穿电极与所述单壁碳纳米管平行的部分，所述电击穿电极与所述单壁碳纳米管垂直的部分形成源/漏电极结构；
在所述柔性背栅衬底上形成栅介质层；所述栅介质层将所述柔性背栅衬底表面、所述单壁碳纳米管平行阵列和所述源/漏电极结构覆盖住；
在所述栅介质层表面且对应于所述源/漏电极结构之间的空隙上方形成顶栅电极；
在所述栅介质层中且对应于所述源/漏电极结构上方引出源/漏电极；
去除所述基底，形成所述柔性碳纳米管晶体管。
2.根据权利要求1所述的柔性碳纳米管晶体管的制备方法，其特征在于，利用梳状电极作为电击穿时的电极，采用所述电击穿法去除所述金属性的单壁碳纳米管的过程包括：
在所述碳纳米管平行阵列表面制备梳状电极，所述梳状电极的梳齿垂直于所述单壁碳纳米管平行阵列；
在所述柔性背栅衬底表面引出背栅电极；
利用电击穿技术去除所述金属性的所述单壁碳纳米管。
3.根据权利要求2所述的柔性碳纳米管晶体管的制备方法，其特征在于，引出所述背栅电极的方法，包括：
在所述柔性背栅衬底表面涂覆光刻胶层；
经光刻工艺，在光刻胶层中形成背栅电极接触孔图案；
再经刻蚀工艺，在所述背栅衬底中形成背栅电极接触孔图案；
在所述光刻胶层和所述背栅衬底层中的背栅电极接触孔图案中填充金属，再将所述光刻胶层去除，从而引出所述背栅电极；其中，所述单壁碳纳米管与所述背栅电极不接触。
4.根据权利要求3所述的柔性碳纳米管晶体管的制备方法，其特征在于，在引出所述背栅电极之前，还包括：采用光刻和刻蚀工艺，刻蚀掉靠近所述背栅电极接触孔图案的碳纳米管的部分，使所述单壁碳纳米管与所述背栅电极图案不接触。
5.根据权利要求2所述的柔性碳纳米管晶体管的制备方法，其特征在于，利用所述电击穿技术去除所述金属性的所述单壁碳纳米管包括以下步骤：
在所述背栅电极上施加正偏压，以耗尽半导体性的单壁碳纳米管；
在所述梳状电极两端施加电压或电流，以烧断金属性的单壁碳纳米管。
6.根据权利要求2所述的柔性碳纳米管晶体管的制备方法，其特征在于，所述梳状电极的材料为Ti/Au或Ti/Pd，制备所述梳状电极的方法包括采用光刻和金属剥离工艺。
7.根据权利要求1所述的柔性碳纳米管晶体管的制备方法，其特征在于，在所述基底上制备柔性背栅衬底，包括以下步骤：
在所述基底表面涂布液态柔性材料，并将所述液态柔性材料烘干形成柔性衬底；
在所述柔性衬底表面沉积背栅金属层；
在所述背栅金属层表面沉积背栅介质层。
8.根据权利要求1所述的柔性碳纳米管晶体管的制备方法，其特征在于，去除所述基底的方法，包括：直接将所述柔性背栅衬底从所述基底表面剥离下来。
9.根据权利要求1所述的柔性碳纳米管晶体管的制备方法，其特征在于，将单壁碳纳米管的平行阵列转移至所述柔性背栅衬底表面的方法，包括：
在石英衬底上生长单壁碳纳米管平行阵列；
在所述石英衬底上沉积金薄膜，所述金薄膜将所述单壁碳纳米管平行阵列覆盖并粘附住；
在所述金薄膜表面粘附一层热解材料层；
揭拉所述热解材料层，所述热解材料层粘附着所述金薄膜和所述单壁碳纳米管平行阵列一起从所述石英衬底表面分离下来；
将带有所述单壁碳纳米管平行阵列的热解材料层表面对准所述柔性背栅衬底表面，并将所述热解材料层按压在所述柔性背栅衬底表面；
加热所述热解材料层，并将所述热解材料层从所述金薄膜表面剥离下来；
刻蚀去除所述金薄膜。
10.根据权利要求1所述的柔性碳纳米管晶体管的制备方法，其特征在于，所述源/漏电极的引出方法，包括：
在所述栅介质层表面且位于所述源/漏电极图形上方涂覆光刻胶层；
经光刻工艺，在光刻胶层中形成源/漏电极图案；
再经刻蚀工艺，在所述栅介质层中形成源/漏电极接触孔图案；
在所述光刻胶层和所述栅介质层中的源/漏电极接触孔图案中填充金属，再将所述光刻胶层去除，从而引出所述源/漏电极。
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