CN113193115B - 一种悬空碳纳米管场效应晶体管及其制备方法 - Google Patents
一种悬空碳纳米管场效应晶体管及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113193115B CN113193115B CN202110548713.1A CN202110548713A CN113193115B CN 113193115 B CN113193115 B CN 113193115B CN 202110548713 A CN202110548713 A CN 202110548713A CN 113193115 B CN113193115 B CN 113193115B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- field effect
- effect transistor
- nano tube
- suspended
- nano silver
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 55
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 title claims abstract description 55
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 53
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000002353 field-effect transistor method Methods 0.000 title description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims abstract description 22
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract 2
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 37
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 22
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 10
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 claims description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 9
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 claims description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 7
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 229920000547 conjugated polymer Polymers 0.000 claims description 4
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 claims description 3
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 claims description 3
- 125000003983 fluorenyl group Chemical group C1(=CC=CC=2C3=CC=CC=C3CC12)* 0.000 claims description 2
- 238000000703 high-speed centrifugation Methods 0.000 claims description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 2
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 2
- 229910021404 metallic carbon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 2
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 claims description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 238000010017 direct printing Methods 0.000 abstract description 3
- 239000007921 spray Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005507 spraying Methods 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 15
- 239000010408 film Substances 0.000 description 14
- 230000008569 process Effects 0.000 description 13
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 5
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002238 carbon nanotube film Substances 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 238000005844 autocatalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000007647 flexography Methods 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
- H10K10/40—Organic transistors
- H10K10/46—Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
- H10K10/462—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs]
- H10K10/466—Lateral bottom-gate IGFETs comprising only a single gate
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
- H10K10/40—Organic transistors
- H10K10/46—Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
- H10K10/462—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs]
- H10K10/484—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs] characterised by the channel regions
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
- H10K71/10—Deposition of organic active material
- H10K71/12—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating
- H10K71/13—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating using printing techniques, e.g. ink-jet printing or screen printing
- H10K71/135—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating using printing techniques, e.g. ink-jet printing or screen printing using ink-jet printing
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
- H10K71/20—Changing the shape of the active layer in the devices, e.g. patterning
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
- H10K71/60—Forming conductive regions or layers, e.g. electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
- H10K71/621—Providing a shape to conductive layers, e.g. patterning or selective deposition
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/20—Carbon compounds, e.g. carbon nanotubes or fullerenes
- H10K85/221—Carbon nanotubes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
Abstract
本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种悬空碳纳米管场效应晶体管及其制备方法。本发明目的在于解决碳纳米管场效应管由于喷印碳纳米管墨水作为一种非接触式的直接印制方式，涂覆的沟道材料与两电极的接触电阻较大的问题。该器件自下而上包括背栅电极，高κ栅介质层，漏电极，源电极以及有源沟道层。主要方案包括在洁净的基板正面制备漏电极、源电极以及反面的背栅电极，并通过电子束蒸镀法制备纳米银导电薄膜，并喷印一层半导体性碳纳米管形成晶体管的有源沟道层，最后通过高温退火处理烧结纳米银薄膜使沟道层的纳米银薄膜坍缩，形成悬空的碳纳米管场效应晶体管。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种悬空碳纳米管场效应晶体管及其制备方法。
背景技术
半个世纪以来，以硅基作为基础的半导体器件得到了飞速发展，但随着单位面积上集成的器件密度不断增加，半导体工艺正在接近其尺寸的理论极限。因此拥有非凡理化性能的纳米材料引起人们的广泛关注。纳米材料的家族十分庞大，碳纳米管在其中是典型的一维纳米材料。
半导体性碳纳米管(s-SWCNTs)具有高载流子迁移率(室温下可达1000cm2/(V-1·s-1))、窄带隙、优良的导热性、稳定的化学性质等优势。且因为其易于墨水化，后处理温度低等特点，成为构建印制场效应晶体管的理想半导体沟道材料。将单壁碳纳米管网络通过溶液转移到晶体管的沟道区域，可以简化器件沟道的制备工艺，脱离传统光刻技术并有效地与印刷电子技术兼容。目前已有很多研究工作尝试将碳纳米管制备成可印制的墨水，通过喷墨打印、卷对卷柔版印刷等印刷技术将碳纳米管转印到沟道区域并与源、漏电极形成良好的欧姆接触，获得压控敏感、开关性能良好的场效应晶体管。
本发明中选用喷墨打印而不采用传统光刻工艺。对比光刻技术的繁复流程：光刻、显影、蚀刻、脱模等处理，如今喷墨打印同样成为了聚合物沉积领域的核心技术，它简单，快速，工艺集成度高。喷墨印刷无需接触、无需压力、无需印版，只需将电子计算机中存贮的信息输入喷墨印刷机，即可控制印刷过程。同时程控的精准性使得材料损耗能够在极大程度上得到控制，并可调整喷印距离在最大程度上保护基板。
然而截至目前，碳纳米管场效应管仍存在以下问题：
1)现有的工艺无法实现单一导电特性的纳米管的制备，获得的碳纳米管是由不同管径、手性分布的混合物，其中既含有金属性也含有多种手性的半导体性碳纳米管，而器件制造通常只需要单一导电特性的碳纳米管；
2)由于喷印碳纳米管墨水作为一种非接触式的直接印制方式，涂覆的沟道材料与两电极的接触电阻较大；
4)与传统的晶体管制造业在材料的选择上、晶体管的布局结构上、制备工艺上的迥乎不同使其器件制造工艺无法与传统工艺互相整合与兼容，因此工艺过程冗长复杂，最终将导致晶体管的电学特性较差。
发明内容
本发明的目的在于解决碳纳米管场效应管由于喷印碳纳米管墨水作为一种非接触式的直接印制方式，涂覆的沟道材料与两电极的接触电阻较大的问题。
针对现有碳纳米管场效应管制备技术中存在的问题，本发明提供了一种悬空碳纳米管场效应晶体管及其制备方法，包括以下步骤：
步骤1、对柔性基板材料进行超声清洗，并通过等离子体处理基板表面，于基板表面制备晶体管的源电极、漏电极、背栅电极；
步骤2、采用低功率电子束蒸发法在基板正面的源电极、漏电极上蒸镀纳米银导电薄膜；
步骤3、制备用于喷印的半导体性碳纳米管分散液，使用喷墨打印设备将半导体性碳纳米管分散液均匀印制在步骤2得到的纳米银导电薄膜上，使得在纳米银导电薄膜上形成碳纳米管有源半导体沟道层；
步骤4、经高温退火处理后，纳米银导电薄膜烧结坍缩并趋向于附着在电极表面形成开放式孔洞，碳纳米管薄膜形成悬空的随机网络结构，完成悬空碳纳米管场效应晶体管的制备。
一种悬空碳纳米管场效应晶体管，自下而上包括背栅电极，高κ栅介质层，漏电极，源电极，以及横跨在源/漏电极上的半导体性碳纳米管作为晶体管的有源沟道层。
进一步地，所述步骤1中基板材料厚度为400～500nm。
进一步地，所述步骤1中等离子体处理的具体过程为采用Ar+等离子体处理基板表面12～18分钟，电压设置650～750V。
进一步地，所述步骤1中源、漏电极间沟道宽度为1～5μm。
进一步地，步骤1中制备源、漏、栅电极的方法可为溶液两步法、电子束蒸镀法、磁控溅射法等。
进一步地，步骤1中所述金属层厚度为100～200nm。
进一步地，步骤2中所述蒸镀的纳米银导电薄膜厚度为400～500nm。
进一步地，步骤3中半导体性碳纳米管分散液的制备方法为：将碳纳米管粉末溶于有机溶剂中并加入芴基共轭聚合物对碳纳米管进行选择性包覆，辅助以液相超声剥离处理并通过超高速离心去除金属性碳纳米管和团聚大管束，获得的上清液即高纯度半导体性碳纳米管分散液。
进一步地，步骤3中喷墨打印的方式可以更换为气溶胶喷墨打印，没有特别的限定。
进一步地，步骤4中所述的高温退火的具体操作为：将基板放入管式炉中，设置升温速率10℃/min升温至960℃以上，并通入混合气体氩气和氢气，退火时间设置为1分钟。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1)工艺的简化：在器件制备过程中，源电极、漏电极和栅电极的制备无须通过繁复的光刻工艺，以掩膜版作图案化约束形成电极图案，也无须使用较贵的导电银浆作为电极原料，而是以一体化的制备工艺获得电极阵列，实现高效、低成本的同时保证导电性能优良的金属制备。除此之外，通过共轭聚合物选择性包覆处理并使用表面活性剂分散后得到的碳纳米管墨水可直接作为喷墨打印的功能墨水成分，上述步骤可以大大简化薄膜晶体管的制备工艺。
2)成本低：半导体有源沟道层的材料选择上采用半导体性碳纳米管，碳纳米管具有优越的理化特性且可以与印刷工艺将相兼容，脱离传统晶体管制造工艺，使得实验造价极大程度上的减小。
3)性能上的改进：因高温处理后纳米银薄膜熔融并向电极移动，纳米管随机网络结构横跨其上形成悬空的沟道层结构，因此与电极材料间的接触电阻较低；其次在纳米银膜形成孔洞的过程中，对纳米管网状结构形成垂直于两电极的拉伸应力，使得纳米管随机网络趋向于有序排列，取向一致的碳纳米管可以充分发挥其沿轴向的电荷传输特性，利于层间载流子运输，使得开态电流增大，转移特性曲线的开关比相应变大，制备的晶体管电学性能得到有效提升。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明的悬空碳纳米管场效应晶体管结构示意图；
图2是本发明的悬空碳纳米管场效应晶体管的制造方法中各个步骤的示意图；
图3是本发明的悬空碳纳米管场效应晶体管的制造方法的流程框图。
其中：1-缘栅介质层，2-漏电极，3-源电极，4-背栅电极，5-有源沟道层。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
下面通过具体的实施例并结合图1至图3对本发明作详细说明。
实施例
如图2所示为本实施例中悬空碳纳米管场效应晶体管的制作方法，包括以下步骤：
1)手性单壁碳纳米管墨水的制备：称取10mg的共轭聚合物PFO-BT溶于20ml的有机溶剂甲苯中，使用锡箔纸包裹烧杯进行避光处理，磁力搅拌10分钟使其充分溶解混合。称取10mg的SWCNT加入到有机溶液中，然后进行水浴超声(200W，40kHz)，超声60-90分钟，温度保持在15℃，在超声剪切力的辅助作用下使PFO-BT对单壁碳纳米管进行充分的选择性包覆。取出样品进行离心处理，转速设置10000转/分，离心30分钟后提取上层悬浮液，得到稳定的的单壁碳纳米管富集的可喷印墨水。
2)对基板的表面处理并通过溶液二步法制备晶体管的源、漏、栅电极金属层：使用丙酮、去离子水对基板材料(SiO2/Si)进行超声清洗，采用Ar+等离子体对洁净基板表面进行处理以备用，处理12～18分钟，电压设置650～750V。制备铜金属层为例，通过溶液两步法首先于柔性基板印制Ag+催化性前驱剂，正面为图案化的源、漏电极阵列，反面为整面的背栅电极，经紫外固化处理形成前驱剂固化墨膜后，将基板完全浸入配置好的化学镀铜剂中，反应环境温度设置为50℃，反应时间10分钟完成基板正反面源/漏/栅电极阵列的制备。溶液中的还原剂首先将Ag+还原成Ag，Ag颗粒作为催化靶点在其上原位生长形成图案化铜金属层，进一步的化学沉铜将由已经沉积出的铜层的自催化反应来完成。
3)电子束蒸镀形成纳米银导电薄膜：采用低功率电子束蒸发法蒸镀制备导电薄膜，抽真空直到真空腔内的压强低于1.5x10-3Pa，调节电流使灯丝电流为4.5～5.5A，调节电压使电压为2.0～3.0kV，电子束蒸发在基板上沉积出厚度为400～500nm的纳米银导电薄膜。
4)有源沟道层的涂覆：将制备好的半导体性碳纳米管分散液置于喷墨打印设备中，在纳米银薄膜上均匀地喷印出s-SWCNT有源沟道层。器件制备完成后将基板放入150℃烘箱中烘干10分钟取出。该过程可以促进墨水中有机溶剂蒸发，形成均匀一致的碳纳米管薄膜。
5)高温处理形成悬空碳纳米管晶体管结构：将基板放入管式炉中，设置升温速率10℃/min升温至960℃以上，并通入氩气和氢气的混合气体，退火时间设置为1分钟。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。
Claims (6)
1.一种悬空碳纳米管场效应晶体管，其特征在于：自下而上包括背栅电极（4），栅介质层（1），漏电极（2）、源电极（3），以及横跨在源电极（3）和漏电极（2）上的半导体性碳纳米管作为晶体管的有源沟道层（5）；
所述漏电极（2）和源电极（3）之间留出一条沟道，沟道上通过电子束蒸镀法制备纳米银导电薄膜，所述纳米银导电薄膜上具有孔洞，s-SWCNT覆盖在所述纳米银导电薄膜上形成悬空的具有随机网络结构的所述有源沟道层（5）。
2.根据权利要求1所述的一种悬空碳纳米管场效应晶体管，其特征在于：所述栅介质层（1）的组成材料为SiO2/Si或HfO2/Si或ZrO2/Si中的一种，所述漏电极（2），源电极（3），背栅电极（4）的金属材料为Cu、Au、Ag、Ca、Ti、Cr、Pb、Ni、Sn中的一种或是多种金属形成的合金。
3.一种悬空碳纳米管场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、对柔性基板材料进行超声清洗，并通过等离子体处理基板表面，于基板表面制备晶体管的源电极、漏电极、背栅电极；
步骤2、采用低功率电子束蒸发法在基板正面的源电极、漏电极上以及之间蒸镀纳米银导电薄膜；
步骤3、制备用于喷印的半导体性碳纳米管分散液，使用喷墨打印设备将半导体性碳纳米管分散液均匀印制在步骤2得到的纳米银导电薄膜上，使得在纳米银导电薄膜上形成碳纳米管有源半导体沟道层；
步骤4、经高温退火处理后，纳米银导电薄膜烧结坍缩并趋向于附着在源、漏电极表面形成开放式孔洞，所述碳纳米管有源半导体沟道层形成悬空的随机网络结构，完成悬空碳纳米管场效应晶体管的制备，具体的高温退火中升温至960 ℃以上。
4.根据权利要求3所述的一种悬空碳纳米管场效应晶体管的制备方法，其特征在于：步骤1中制备源、漏、栅电极的方法可为溶液两步法、电子束蒸镀法、磁控溅射法中的任意一种。
5.根据权利要求3所述的一种悬空碳纳米管场效应晶体管的制备方法，其特征在于：步骤3中半导体性碳纳米管分散液的制备方法为：将碳纳米管粉末溶于有机溶剂中并加入芴基共轭聚合物对碳纳米管进行选择性包覆，辅助以液相超声剥离处理并通过超高速离心去除金属性碳纳米管和团聚大管束，获得的上清液即半导体性碳纳米管分散液。
6.根据权利要求3所述的一种悬空碳纳米管场效应晶体管的制备方法，其特征在于：步骤4中所述的高温退火的具体操作为：将基板放入管式炉中，设置升温速率10 ℃/min升温至960 ℃以上，并通入混合气体氩气和氢气，退火时间设置为1分钟。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110548713.1A CN113193115B (zh) | 2021-05-19 | 2021-05-19 | 一种悬空碳纳米管场效应晶体管及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110548713.1A CN113193115B (zh) | 2021-05-19 | 2021-05-19 | 一种悬空碳纳米管场效应晶体管及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113193115A CN113193115A (zh) | 2021-07-30 |
| CN113193115B true CN113193115B (zh) | 2023-05-12 |
Family
ID=76982521
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110548713.1A Active CN113193115B (zh) | 2021-05-19 | 2021-05-19 | 一种悬空碳纳米管场效应晶体管及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113193115B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114284313B (zh) * | 2021-12-16 | 2024-04-09 | 东南大学 | 一种有机纤维基碳纳米管场效应晶体管阵列及其制备方法 |
| CN116190436B (zh) * | 2023-02-28 | 2024-05-10 | 北京科技大学 | 一种二维同质结型逻辑反相器及其制备方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112259609A (zh) * | 2020-09-28 | 2021-01-22 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | 通过腐蚀自对准工艺实现的碳纳米管晶体管器件制造方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI228833B (en) * | 2004-05-04 | 2005-03-01 | Ind Tech Res Inst | Method for enhancing the electrical characteristics of organic electronic devices |
| US8253124B2 (en) * | 2007-09-07 | 2012-08-28 | Nec Corporation | Semiconductor element |
| CN104523285B (zh) * | 2014-12-12 | 2016-09-21 | 广东东邦科技有限公司 | 一种电子皮肤及其制备方法 |
| CN105304499A (zh) * | 2015-10-20 | 2016-02-03 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 一种制备柔性碳纳米管场效应晶体管的方法 |
| CN108807672B (zh) * | 2017-04-28 | 2020-03-17 | 清华大学 | 有机薄膜晶体管及其制备方法 |
| WO2019064504A1 (ja) * | 2017-09-29 | 2019-04-04 | 日本電気株式会社 | ナノカーボンインクおよびそれを用いた半導体デバイスの製造方法 |
| CN110767804B (zh) * | 2019-11-19 | 2020-11-06 | 北京元芯碳基集成电路研究院 | 一种碳纳米管器件及其制造方法 |
-
2021
- 2021-05-19 CN CN202110548713.1A patent/CN113193115B/zh active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112259609A (zh) * | 2020-09-28 | 2021-01-22 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | 通过腐蚀自对准工艺实现的碳纳米管晶体管器件制造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113193115A (zh) | 2021-07-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113193115B (zh) | 一种悬空碳纳米管场效应晶体管及其制备方法 | |
| CN102024846B (zh) | 3端子电子器件和2端子电子器件 | |
| CN102354668B (zh) | 一种碳基纳米材料晶体管的制备方法 | |
| KR101777016B1 (ko) | 금속 그리드-은 나노와이어 복합 투명전극 및 고분자 나노섬유 마스크를 이용한 금속 그리드 제조방법 | |
| TWI552191B (zh) | Connection structure and manufacturing method thereof, semiconductor device | |
| JP2006508523A (ja) | 自己整合型ナノチューブ電界効果トランジスタおよびこれを製造する方法 | |
| US20180323387A1 (en) | Unipolar N- or P-Type Carbon Nanotube Transistors and Methods of Manufacture Thereof | |
| JP4984498B2 (ja) | 機能素子及びその製造方法 | |
| WO2019127680A1 (zh) | 碳纳米管提纯方法、薄膜晶体管及制备方法 | |
| CN108831904A (zh) | 一种垂直结构有机薄膜晶体管阵列及其制备方法 | |
| KR20090056117A (ko) | 투명하고 플렉서블한 탄소나노튜브 박막 트랜지스터 및이의 제조방법 | |
| Timmermans et al. | Lithography-free fabrication of carbon nanotube network transistors | |
| CN112259608B (zh) | 使用SiC基材料作为衬底的碳纳米管晶体管及其制备方法 | |
| Tian et al. | Carbon nanotube thin film transistors fabricated by an etching based manufacturing compatible process | |
| Tang et al. | High-performance carbon nanotube complementary logic with end-bonded contacts | |
| JP5549073B2 (ja) | 有機半導体装置およびその製造方法 | |
| KR101399347B1 (ko) | 탄소나노튜브 이용한 나노 채널 제조 방법 및 이를 이용한 나노 구조물 | |
| CN113193114A (zh) | 一种全印制半导体性碳纳米管场效应晶体管及其制备方法 | |
| CN105609561A (zh) | 一种石墨烯射频晶体管及其制作方法 | |
| TWI358092B (en) | Method for making thin film transistor | |
| CN109378267B (zh) | 一种硫化钼薄膜及其制备方法 | |
| KR101319612B1 (ko) | 탄소나노튜브 수평성장방법 및 이를 이용한 전계 효과 트랜지스터 | |
| Narasimhamurthy et al. | Fabrication of carbon nanotube field effect transistor | |
| KR20160062269A (ko) | 유기물 박막 패터닝 방법 및 이를 이용하여 제조된 소자, 트랜지스터 | |
| TWI476837B (zh) | 薄膜電晶體的製備方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |