CN107706307A - 碳纳米管薄膜晶体管及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于薄膜晶体管技术领域，尤其公开了一种碳纳米管薄膜晶体管，该碳纳米管薄膜晶体管中的有源层的材料为复合碳纳米管；其中，复合碳纳米管包括碳纳米管以及填充在碳纳米管内部的金属氧化物。本发明通过以金属氧化物填充碳纳米管的复合碳纳米管作为有源层的材料，从而充分利用金属氧化物和CNT的半导体性能，可以有效地提高碳纳米管薄膜晶体管的迁移率，从而将该碳纳米管薄膜晶体管应用于OLED或QLED等显示器件时，能够更好地满足驱动需求。本发明还公开了上述碳纳米管薄膜晶体管的制作方法，该制作方法仅通过改变有源层的材料即可获得高迁移率的碳纳米管薄膜晶体管，而无需进行制程改变，适用于多种结构，可与现有的薄膜晶体管的生产工艺相兼容。
Description
技术领域
本发明属于薄膜晶体管技术领域，具体来讲，涉及一种碳纳米管薄膜晶体管及其制作方法。
背景技术
半导体型碳纳米管(sc-CNT)因具有弹道运输、电流承载能力高、迁移率高和热导率高等诸多优异特性而可用作晶体管的沟道材料，并于1998年首次出现了碳纳米管场效应晶体管(CNT-FET)；CNT-FET具有能完成弹道运输和在低直流电压下保持高电流密度等优越性能，它的出现进一步提高了微电子线路的集成度和微型化。
近年来，利用网络状碳纳米管薄膜制备晶体管受到越来越多的关注。虽然网络状的CNT-TFT的迁移率可达几十至几百cm2·V-1·s-1，远高于现有的有机薄膜晶体管和非晶硅薄膜晶体管，但由于网络状的CNT-TFT中的CNT为混搭式结构，CNT与CNT之间的接触形成了一定的接触电阻，因此对CNT-TFT的迁移率造成了一定的损失。因此，需要提供一种能够提高CNT-TFT的迁移率的方法，以将其应用于CNT-TFT的制作与性能改善中。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种碳纳米管薄膜晶体管及其制作方法，该碳纳米管薄膜晶体管以金属氧化物填充碳纳米管作为有源层的材料，由此获得具有高迁移率的碳纳米管薄膜晶体管。
为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种碳纳米管薄膜晶体管，所述碳纳米管薄膜晶体管中的有源层的材料为复合碳纳米管；其中，所述复合碳纳米管包括碳纳米管以及填充在所述碳纳米管内部的金属氧化物。
进一步地，所述金属氧化物包括ZnO、SnO2、CdO、TiO2、Co2O3、NiO和Fe2O3中的任意一种。
进一步地，所述碳纳米管薄膜晶体管为顶栅型碳纳米管薄膜晶体管、底栅型碳纳米管薄膜晶体管或双栅型碳纳米管薄膜晶体管中的任意一种。
进一步地，所述碳纳米管薄膜晶体管中的栅极、源极和漏极的材料均选自Al、Ag、Cu、ITO、Au、Ti和低功函数导电金属中的至少一种；其中，所述低功函数导电金属的功函数低于4.8eV。
进一步地，所述低功函数导电金属选自Gd、Er、La、Lu、Sc和Y中的至少一种。
进一步地，所述碳纳米管薄膜晶体管还包括连接在所述源极和所述有源层之间以及所述漏极和所述有源层之间的有源层接触层。
进一步地，所述有源层接触层的材料选自所述低功函数导电金属中的至少一种。
进一步地，所述低功函数导电金属选自Gd、Er、La、Lu、Sc和Y中的至少一种。
本发明的另一目的还在于提供一种如上任一所述的碳纳米管薄膜晶体管的制作方法，包括步骤：
S1、提供一基板；
S2、在所述基板上制作栅极、源极、漏极、有源层以及绝缘层，所述有源层设置在所述基板上或所述绝缘层上；所述源极和所述漏极均与所述有源层电连接，所述绝缘层用以将所述栅极与所述源极、漏极、有源层分隔开，并将所述源极和所述漏极分隔开；其中，所述有源层的制作方法包括下述步骤：
步骤一、将碳纳米管混合并分散在氧化性酸中，在100℃～150℃下回流反应，并经固液分离、干燥、研磨，获得开口碳纳米管；
步骤二、将所述开口碳纳米管混合并分散在金属无机盐溶液中，在室温下搅拌20h～30h，并经固液分离、干燥，获得填充碳纳米管；
步骤三、煅烧所述填充碳纳米管，获得复合碳纳米管为材料；其中，所述复合碳纳米管包括碳纳米管以及填充在所述碳纳米管内部的金属氧化物；
步骤四、将所述复合碳纳米管分散在有机溶剂中获得提拉液，经提拉沉积工艺，在所述基板上或所述绝缘层上形成所述有源层。
进一步地，所述氧化性酸包括浓硫酸、硝酸、高锰酸、氯酸、次氯酸、高氯酸、亚硝酸中的任意一种；所述金属无机盐溶液为锌、锡、镉、钛、钴、镍、铁的水溶性无机盐溶液；煅烧所述填充碳纳米管的温度不低于所述金属无机盐溶液中金属无机盐分解为金属氧化物的分解温度。
本发明的有益效果：
(1)本发明通过以金属氧化物填充碳纳米管的复合碳纳米管作为有源层的材料，从而充分利用金属氧化物和CNT的半导体性能，可以有效地提高碳纳米管薄膜晶体管的迁移率，从而将该碳纳米管薄膜晶体管应用于OLED或QLED等显示器件时，能够更好地满足驱动需求；
(2)本发明优选在源漏极和有源层之间夹设有源层接触层，并且以Gd、Er、La、Lu、Sc、Y等功函数低于4.8eV的低功函数导电金属作为有源层接触层的材料，以更改源漏极与有源层接触的方式，从而获得一个在空气中稳定并满足现有LCD或OLED的n型碳纳米管薄膜晶体管，制备获得的n-型碳纳米管薄膜晶体管可更好的满足现有LCD/OLED等显示器件的驱动需求；相比现有技术中通过掺杂法或化学修饰法来获得n-型碳纳米管薄膜晶体管的方法，免于化学修饰或掺杂的随机性与不均一性造成的变异性和不可靠性问题，具有更好的稳定性和器件电学性能；
(3)本发明的碳纳米管薄膜晶体管的制作方法，仅通过改变有源层的材料即可获得高迁移率的碳纳米管薄膜晶体管，而无需进行制程改变，并且其适用于顶栅型、底栅型及双栅型等多种结构的碳纳米管薄膜晶体管，因此可与现有的薄膜晶体管的生产工艺相兼容。
附图说明
通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：
图1是根据本发明的实施例1的碳纳米管薄膜晶体管的结构示意图；
图2-图7是根据本发明的实施例1的碳纳米管薄膜晶体管的制作工艺流程图；
图8是根据本发明的实施例1的复合碳纳米管的制作工艺示意图；
图9是根据本发明的实施例2的碳纳米管薄膜晶体的结构示意图；
图10是根据本发明的实施例3的碳纳米管薄膜晶体的结构示意图；
图11是根据本发明的实施例4的碳纳米管薄膜晶体管的结构示意图；
图12是根据本发明的实施例4的另一碳纳米管薄膜晶体管的结构示意图。
具体实施方式
以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。在附图中，为了清楚起见，可以夸大元件的形状和尺寸，并且相同的标号将始终被用于表示相同或相似的元件。
实施例1
本实施例提供了一种碳纳米管薄膜晶体管，参照图1，该碳纳米管薄膜晶体管是一种底栅型碳纳米管薄膜晶体管。
具体来讲，本实施例的碳纳米管薄膜晶体管包括基板11、设置在基板11上的底栅极12、覆盖基板11和底栅极12的栅极绝缘层13、设置在栅极绝缘层13上的有源层14、设置在有源层14两端且不相连的源极151和漏极152、覆盖源极151和漏极152并将二者间隔开的保护层16、以及开设在保护层16上以使源极151或漏极152暴露的接触孔17。
更为具体地，栅极绝缘层13覆盖底栅极12的部分凸起，以形成凸起部131，而栅极绝缘层13覆盖基板11的部分未凸起，以形成平坦部132；而有源层14即设置在凸起部131上，源极151设置在有源层14的一端并且与栅极绝缘层13部分接触，而漏极152则设置在有源层14的与源极151相对的另一端并且也与栅极绝缘层13部分接触，保护层16即覆盖在源极151、漏极152及有源层14上，以将源极151和漏极152隔离开，并且可以覆盖部分栅极绝缘层13。
在本实施例的碳纳米管薄膜晶体管中，基于凸起部131和平坦部132所形成的台阶状的栅极绝缘层13，位于其上方的源极151、漏极152以及保护层16的边缘处均可延续栅极绝缘层13边缘处的台阶来形成台阶状；此处具体形状不作特别规定，本领域技术人员根据实际需求参照现有技术即可。
值得说明的是，本实施例的有源层14以复合碳纳米管作为材料；其中，该复合碳纳米管包括碳纳米管(carbon nanotubes，以下简称CNT)以及填充在碳纳米管内部的金属氧化物。
进一步地，金属氧化物包括ZnO、SnO2、CdO、TiO2、Co2O3、NiO和Fe2O3中的任意一种。
如此，通过对CNT进行金属氧化物的填充，以形成复合CNT并作为有源层的材料，充分利用金属氧化物和CNT的半导体性能，可以有效地提高碳纳米管薄膜晶体管的迁移率，从而将该碳纳米管薄膜晶体管应用于OLED或QLED等显示器件时，能够更好地满足驱动需求。
在本实施例中，优选地，基板11的材料可以选用石英、玻璃、柔性塑料等，栅极绝缘层13和保护层16的材料均可以选用SiO2、SiNx、HfO2、离子凝胶等，底栅极12及源极151、漏极152的材料均可选自Al、Ag、Cu、ITO、Au、Ti以及功函数低于4.8eV的低功函数导电金属中的至少一种；具体地，低功函数导电金属可以是诸如Gd、Er、La、Lu、Sc、Y等。
值得说明的是，当底栅极12、源极151和漏极152采用上述金属材料中的至少两种进行制作时，是采用叠层的方式逐层制作的；并且，当源极151和漏极152以多种金属材料为材料并且包含低功函数导电金属时，优选将该低功函数导电金属置于最下层，即直接与有源层14相接触，以获得一个良好的n型碳纳米管薄膜晶体管。
以下将参照附图对本实施例的碳纳米管薄膜晶体管的制作方法进行详细的描述。
根据本实施例的碳纳米管薄膜晶体管的制作方法包括下述步骤：
S1、提供一基板11；如图2所示。
本实施例提供的基板11具体为一玻璃基板，并且对该玻璃基板进行清洗。
S2、在基板11上分别制作底栅极12、源极151、漏极152、有源层14以及绝缘层。
具体来讲，包括下述步骤：
(1)在基板11上制作底栅极12；如图3所示。
本实施例中底栅极12的材料包括逐层设置在基板11上的Mo层和Cu层；具体来讲，可首先通过物理气相沉积法在基板11上溅射一层Mo膜，然后在Mo膜上溅射一层Cu膜，最后采用光刻技术将Mo层和Cu层制作形成底栅极12。
(2)在基板11和底栅极12上制作栅极绝缘层13；如图4所示。
采用离子体增强化学气相沉积法沉积200nm厚的SiO2作为栅极绝缘层13，该栅极绝缘层13覆盖基板11和底栅极12；制作完成栅极绝缘层13后，一般用丙酮、甲醇和异丙醇浸泡冲洗，并在100℃下烘干，以备用。
在本实施例中，栅极绝缘层13覆盖底栅极12的部分凸起，形成了凸起部131，而覆盖基板11的部分未凸起，形成了平坦部132。
栅极绝缘层13作为碳纳米管薄膜晶体管中的一部分绝缘层，其材料还可以是诸如Al2O3、HfO2、离子凝胶等。
(3)在栅极绝缘层13的凸起部131上制作有源层14；如图5所示。
具体来讲，所制作的有源层14的材料为复合碳纳米管，该复合碳纳米管包括CNT以及填充在CNT内部的金属氧化物；本实施例中金属氧化物优选为ZnO，以下记作ZnO/CNT。该ZnO/CNT的制备方法如图8所示：步骤一、将碳纳米管14a混合并分散在氧化性酸中，在100℃～150℃下回流反应，并经固液分离、干燥、研磨，获得开口碳纳米管14b；步骤二、将开口碳纳米管14b混合并分散在金属无机盐溶液中，在室温下搅拌20h～30h，并经固液分离、干燥，获得填充碳纳米管；步骤三、煅烧填充碳纳米管，获得复合碳纳米管14c。本实施例中氧化性酸优选为浓硝酸，为了获得更好的碳纳米管14a分散效果，可超声分散30min左右，并且一般在120℃下回流反应15h左右再进行过滤等操作，以获得开口碳纳米管14b；金属无机盐溶液对应为硝酸锌溶液，也可通过超声分散30min左右，以使开口碳纳米管14b在硝酸锌溶液中分散均匀，一般在室温下搅拌24h后即进行过滤等操作，以获得填充碳纳米管，显然，该填充碳纳米管即包括碳纳米管以及填充在碳纳米管内部的金属无机盐；最终将该填充碳纳米管于煅烧炉中在480℃下煅烧2h，即获得填充ZnO的复合碳纳米管14c；将获得的复合碳纳米管14c分散到二甲苯中得到ZnO/CNT提拉液备用。
最后，将步骤(2)获得的基板组件置于N2气氛的手套箱中，并浸入5mg/L的ZnO/CNT提拉液中，经多次提拉沉积工艺，在栅极绝缘层13上形成均匀的有源层膜，再以光刻技术与氧气等离子体刻蚀出有源层沟道后，依次用稀盐酸及水、丙酮冲洗，并在100℃下烘干获得有源层14。
(4)在有源层14和栅极绝缘层13上制作源极151和漏极152；如图6所示。
具体来讲，采用电子束蒸镀技术在有源层14和栅极绝缘层13上依次蒸镀Au膜和Mo膜；并通过光刻技术将Au膜和Mo膜进行图形化，在有源层14的两个相对的端部分别形成彼此不相连的源极151和漏极152。
(5)在有源层14、源极151和漏极152上制作保护层16；如图7所示。
采用化学气相沉积法覆盖300nm厚的SiO2作为保护层16，以覆盖有源层14、源极151和漏极152，并将源极151和漏极152隔离开。
保护层16作为碳纳米管薄膜晶体管中的另一部分绝缘层，其材料还可以是诸如Al2O3、HfO2、离子凝胶等。
显然，在本实施例的底栅型碳纳米管薄膜晶体管中，源极151和漏极152均与有源层14电连接，并且绝缘层包括栅极绝缘层13和保护层16两部分，以将底栅极12与源极151、漏极152、有源层14分隔开，并将源极151和漏极152分隔开。
(6)在保护层16上开设接触孔17，以使漏极152部分暴露。
具体来讲，接触孔17可通过涂布光刻胶、曝光、蚀刻、去光阻等工艺制作；如此，即获得了如图1所示的本实施例的底栅型碳纳米管薄膜晶体管。
通过本实施例的碳纳米管薄膜晶体管的制作过程，可以看出，所获得的高迁移率的碳纳米管薄膜晶体管仅通过改变有源层14的材料即可，而无需进行制程改变，因此可与现有的薄膜晶体管的生产工艺相兼容。
实施例2
在实施例2的描述中，与实施例1的相同之处在此不再赘述，只描述与实施例1的不同之处。实施例2与实施例1的不同之处在于，如图9所示，本实施例的碳纳米管薄膜晶体管还包括夹设在源极151和有源层14之间、以及漏极152和有源层14之间的有源层接触层18。
有源层接触层18的材料选自功函数低于4.8eV的低功函数导电金属中的至少一种，这些低功函数导电金属可以是诸如Gd、Er、La、Lu、Sc、Y等。
现有技术中，大部分碳纳米管薄膜晶体管一般为p型(正型)器件，其中的源漏极一般采用Pd、Au等高功函数的金属为材料，为了获得一个在空气中稳定并满足现有LCD或OLED的n型(负型)器件，目前一般通过对有源层中的碳纳米管进行化学修饰或掺杂提供过量的正电荷在源极接触的附近，用来促进电子穿过肖特基势垒实现导通以形成n型碳纳米管薄膜晶体管，但化学修饰或掺杂的随机性与不均一性决定了器件存在一定的变异性和不可靠性问题。如此，在本实施例中，通过以功函数低于4.8eV的低功函数导电金属为材料来制作有源层接触层18，以更改源极151、漏极152与有源层14接触的方式，从而获得一n型碳纳米管薄膜晶体管，制备获得的n-型碳纳米管薄膜晶体管可更好的满足现有LCD/OLED等显示器件的驱动需求；其较进行掺杂法或化学修饰法具有更好的稳定性和器件电学性能。
与本实施例的碳纳米管薄膜晶体管的结构相对应地，本实施例的制作方法与实施例1中的制作方法的不同之处在于，在步骤(4)中在有源层14和栅极绝缘层13上制作源极151和漏极152之前，先采用电子束蒸镀技术在有源层14上蒸镀形成有源层接触层18，然后再在有源层接触层18上蒸镀形成源极151和漏极152。本实施例中有源层接触层18的材料为La。
优选地，基于有源层接触层18与源极151、漏极152的材料均为金属，因此在制作过程中，可先依次沉积形成金属膜层，最后统一经光刻技术进行图形化即可。
本实施例的碳纳米管薄膜晶体管在制作过程中，仅需在源极151、漏极152制作前增加有源层接触层18的制作，即可获得一个在空气中稳定并满足现有LCD或OLED的n型碳纳米管薄膜晶体管，而无需进行其他制程改变，因此可与现有的薄膜晶体管的生产工艺相兼容。
实施例3
在实施例3的描述中，与实施例1的相同之处在此不再赘述，只描述与实施例1的不同之处。实施例3与实施例1的不同之处在于，如图10所示，本实施例提供了一种双栅型碳纳米管薄膜晶体管，即在实施例1中的底栅型碳纳米管薄膜晶体管的基础上还包括设置在顶栅极19。
具体地，顶栅极19设置在保护层16上，并且与底栅极12相对；优选地，保护层16顶端具有凹槽，用以设置顶栅极19。
顶栅极19的材料均可选自Al、Ag、Cu、ITO、Au、Ti以及功函数低于4.8eV的低功函数导电金属中的至少一种；具体地，低功函数导电金属可以是诸如Gd、Er、La、Lu、Sc、Y等。
与本实施例的双栅型碳纳米管薄膜晶体管的结构相对应地，本实施例的制作方法与实施例1中的制作方法的不同之处在于，在步骤(6)中在保护层16上开设接触孔17之前，先在保护层16上制作顶栅极19，然后再在保护层16上开设接触孔17，以使漏极152部分暴露。
显然，本实施例中的双栅型碳纳米管薄膜晶体管还可以如实施例2中所述，在源极151和有源层14之间、以及漏极152和有源层14之间夹设有源层接触层18。
实施例4
本实施例提供了一种碳纳米管薄膜晶体管，参照图11，该碳纳米管薄膜晶体管是一种顶栅型碳纳米管薄膜晶体管。
具体来讲，本实施例的碳纳米管薄膜晶体管包括基板21，设置在基板21上的有源层22，设置在有源层22两端且不相连的源极231和漏极232，覆盖在基板21、源极231、漏极232以及有源层22上的栅极绝缘层24，设置在栅极绝缘层24上并与有源层22相对的顶栅极25，覆盖顶栅极25及栅极绝缘层24的保护层26，以及开设在保护层26上并贯通栅极绝缘层24以使源极231或漏极232暴露的接触孔27。
值得说明的是，本实施例的有源层22以复合碳纳米管作为材料；其中，该复合碳纳米管包括碳纳米管(carbon nanotubes，以下简称CNT)以及填充在碳纳米管内部的金属氧化物。
进一步地，金属氧化物包括ZnO、SnO2、CdO、TiO2、Co2O3、NiO和Fe2O3中的任意一种。
如此，通过对CNT进行金属氧化物的填充，以形成复合CNT并作为有源层的材料，充分利用金属氧化物和CNT的半导体性能，可以有效地提高碳纳米管薄膜晶体管的迁移率，从而将该碳纳米管薄膜晶体管应用于OLED或QLED等显示器件时，能够更好地满足驱动需求。
在本实施例中，优选地，基板21的材料可以选用石英、玻璃、柔性塑料等，栅极绝缘层24和保护层26的材料均可以选用SiO2、SiNx、HfO2、离子凝胶等，源极231、漏极232及顶栅极25的材料均可选自Al、Ag、Cu、ITO、Au、Ti以及功函数低于4.8eV的低功函数导电金属中的至少一种；具体地，低功函数导电金属可以是诸如Gd、Er、La、Lu、Sc、Y等。
值得说明的是，当顶栅极25、源极231和漏极232采用上述金属材料中的至少两种进行制作时，是采用叠层的方式逐层制作的；并且，当源极231和漏极232以多种金属材料为材料并且包含低功函数导电金属时，优选将该低功函数导电金属置于最下层，即直接与有源层22相接触，以获得一个良好的n型碳纳米管薄膜晶体管。
以下将对本实施例的碳纳米管薄膜晶体管的制作方法进行详细的描述。根据本实施例的碳纳米管薄膜晶体管的制作方法包括下述步骤：
Q1、提供一基板21。
本实施例提供的基板21具体为一玻璃基板，并且对该玻璃基板进行清洗。
Q2、在基板21上分别制作有源层22、源极231、漏极232、底栅极25以及绝缘层。
具体来讲，包括下述步骤：
(1)在基板21上制作有源层22。
具体来讲，所制作的有源层22的材料为复合碳纳米管，该复合碳纳米管包括CNT以及填充在CNT内部的金属氧化物；本实施例中金属氧化物优选为ZnO，以下记作ZnO/CNT。该ZnO/CNT的制备方法如下所示：步骤一、将碳纳米管混合并分散在氧化性酸中，在100℃～150℃下回流反应，并经固液分离、干燥、研磨，获得开口碳纳米管；步骤二、将开口碳纳米管混合并分散在金属无机盐溶液中，在室温下搅拌20h～30h，并经固液分离、干燥，获得填充碳纳米管；步骤三、煅烧填充碳纳米管，获得复合碳纳米管。本实施例中氧化性酸优选为浓硝酸，为了获得更好的碳纳米管分散效果，可超声分散30min左右，并且一般在120℃下回流反应15h左右再进行过滤等操作，以获得开口碳纳米管；金属无机盐溶液对应为硝酸锌溶液，也可通过超声分散30min左右，以使开口碳纳米管在硝酸锌溶液中分散均匀，一般在室温下搅拌24h后即进行过滤等操作，以获得填充碳纳米管，显然，该填充碳纳米管即包括碳纳米管以及填充在碳纳米管内部的金属无机盐；最终将该填充碳纳米管于煅烧炉中在480℃下煅烧2h，即获得填充ZnO的复合碳纳米管；将获得的复合碳纳米管分散到二甲苯中得到ZnO/CNT提拉液备用。
最后，将步骤基板21置于N2气氛的手套箱中，并浸入5mg/L的ZnO/CNT提拉液中，经多次提拉沉积工艺，在基板21上形成均匀的有源层膜，再以光刻技术与氧气等离子体刻蚀出有源层沟道后，依次用稀盐酸及水、丙酮冲洗，并在100℃下烘干获得有源层22。
(2)在基板21和有源层22上制作源极231和漏极232。
源极231和漏极232的材料可选自Al、Ag、Cu、ITO、Au、Ti以及功函数低于4.8eV的低功函数导电金属中的至少一种；具体地，低功函数导电金属可以是诸如Gd、Er、La、Lu、Sc、Y等。
(3)在基板21、源极231、漏极232以及有源层22上制作栅极绝缘层24。
栅极绝缘层24作为碳纳米管薄膜晶体管中的一部分绝缘层，其材料可以是诸如SiO2、Al2O3、HfO2、离子凝胶等。
(4)在栅极绝缘层24上与有源层22相对位置制作顶栅极25。
顶栅极25的材料可选自Al、Ag、Cu、ITO、Au、Ti以及上述低功函数导电金属中的至少一种。
(5)在顶栅极25及栅极绝缘层24上制作保护层26。
保护层26作为碳纳米管薄膜晶体管中的另一部分绝缘层，其材料也可以是诸如SiO2、Al2O3、HfO2、离子凝胶等。
(6)在保护层26上开设接触孔27，接触孔27贯通栅极绝缘层24以使漏极232暴露。
具体来讲，接触孔27可通过涂布光刻胶、曝光、蚀刻、去光阻等工艺制作；如此，即获得了如图11所示的本实施例的顶栅型碳纳米管薄膜晶体管。
通过本实施例的碳纳米管薄膜晶体管的制作过程，可以看出，所获得的高迁移率的碳纳米管薄膜晶体管仅通过改变有源层22的材料即可，而无需进行制程改变，因此可与现有的薄膜晶体管的生产工艺相兼容。
显然，为了获得一个在空气中稳定并满足现有LCD或OLED的n型碳纳米管薄膜晶体管，如图12所示，本实施例的碳纳米管薄膜晶体管还可以包括夹设在源极231和有源层22之间、以及漏极232和有源层22之间的有源层接触层28。
具体来讲，有源层接触层28的材料选自功函数低于4.8eV的低功函数导电金属中的至少一种，这些低功函数导电金属可以是诸如Gd、Er、La、Lu、Sc、Y等。
如此，在本实施例的优选方案中，通过以功函数低于4.8eV的低功函数导电金属为材料来制作有源层接触层28，以更改源极231、漏极232与有源层22接触的方式，从而获得一n型碳纳米管薄膜晶体管，制备获得的n-型碳纳米管薄膜晶体管可更好的满足现有LCD/OLED等显示器件的驱动需求；其较进行掺杂法或化学修饰法具有更好的稳定性和器件电学性能。
值得说明的是，在根据本发明的碳纳米管薄膜晶体管的制作方法中，用于将碳纳米管开口及切短的氧化性酸并不限于上述实施例中所述的浓硝酸，还可以是诸如稀硝酸、浓硫酸、高锰酸、氯酸、次氯酸、高氯酸、亚硝酸等；同时，为了获得其中填充的金属氧化物为ZnO、SnO2、CdO、TiO2、Co2O3、NiO、Fe2O3等，所对应的金属无机盐溶液即为锌、锡、镉、钛、钴、镍、铁的水溶性无机盐溶液；相应地，煅烧填充碳纳米管的温度并不限于上述实施例中所述，而是要求不低于金属无机盐溶液中金属无机盐分解为对应的金属氧化物的分解温度。
虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。
Claims (10)
1.一种碳纳米管薄膜晶体管，其特征在于，所述碳纳米管薄膜晶体管中的有源层的材料为复合碳纳米管；其中，所述复合碳纳米管包括碳纳米管以及填充在所述碳纳米管内部的金属氧化物。
2.根据权利要求1所述的碳纳米管薄膜晶体管，其特征在于，所述金属氧化物包括ZnO、SnO2、CdO、TiO2、Co2O3、NiO和Fe2O3中的任意一种。
3.根据权利要求1或2所述的碳纳米管薄膜晶体管，其特征在于，所述碳纳米管薄膜晶体管为顶栅型碳纳米管薄膜晶体管、底栅型碳纳米管薄膜晶体管或双栅型碳纳米管薄膜晶体管中的任意一种。
4.根据权利要求3所述的碳纳米管薄膜晶体管，其特征在于，所述碳纳米管薄膜晶体管中的栅极、源极和漏极的材料均选自Al、Ag、Cu、ITO、Au、Ti和低功函数导电金属中的至少一种；其中，所述低功函数导电金属的功函数低于4.8eV。
5.根据权利要求4所述的碳纳米管薄膜晶体管，其特征在于，所述低功函数导电金属选自Gd、Er、La、Lu、Sc和Y中的至少一种。
6.根据权利要求4所述的碳纳米管薄膜晶体管，其特征在于，所述碳纳米管薄膜晶体管还包括连接在所述源极和所述有源层之间以及所述漏极和所述有源层之间的有源层接触层。
7.根据权利要求6所述的碳纳米管薄膜晶体管，其特征在于，所述有源层接触层的材料选自所述低功函数导电金属中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的碳纳米管薄膜晶体管，其特征在于，所述低功函数导电金属选自Gd、Er、La、Lu、Sc和Y中的至少一种。
9.一种如权利要求1-8任一所述的碳纳米管薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，包括步骤：
S1、提供一基板；
S2、在所述基板上制作栅极、源极、漏极、有源层以及绝缘层，所述有源层设置在所述基板上或所述绝缘层上；所述源极和所述漏极均与所述有源层电连接，所述绝缘层用以将所述栅极与所述源极、漏极、有源层分隔开，并将所述源极和所述漏极分隔开；其中，所述有源层的制作方法包括下述步骤：
步骤一、将碳纳米管混合并分散在氧化性酸中，在100℃～150℃下回流反应，并经固液分离、干燥、研磨，获得开口碳纳米管；
步骤二、将所述开口碳纳米管混合并分散在金属无机盐溶液中，在室温下搅拌20h～30h，并经固液分离、干燥，获得填充碳纳米管；
步骤三、煅烧所述填充碳纳米管，获得复合碳纳米管为材料；其中，所述复合碳纳米管包括碳纳米管以及填充在所述碳纳米管内部的金属氧化物；
步骤四、将所述复合碳纳米管分散在有机溶剂中获得提拉液，经提拉沉积工艺，在所述基板上或所述绝缘层上形成所述有源层。
10.根据权利要求9所述的制作方法，其特征在于，所述氧化性酸包括浓硫酸、硝酸、高锰酸、氯酸、次氯酸、高氯酸、亚硝酸中的任意一种；
所述金属无机盐溶液为锌、锡、镉、钛、钴、镍、铁的水溶性无机盐溶液；
煅烧所述填充碳纳米管的温度不低于所述金属无机盐溶液中金属无机盐分解为金属氧化物的分解温度。
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- 2017-10-13 CN CN201710954538.XA patent/CN107706307B/zh active Active
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