CN1532899A - 一种具有纳米结的氮化碳/碳纳米管场效应晶体管的制备方法 - Google Patents

一种具有纳米结的氮化碳/碳纳米管场效应晶体管的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及晶体管纳米技术，特别是一种具有纳米结的氮化碳/碳纳米管场效应晶体管的制备方法。该包括下列步骤：第一步，在热氧化的二氧化硅表面用光刻技术制备Ti/Au电极对阵列；第二步，然后把制备的氮化碳/碳纳米管分散在四氯化碳和二氯苯溶液里，将一滴含碳管的悬浮液滴在带电极对的二氧化硅基底上；第三步，待溶剂挥发完全后，放入IDSP2X聚焦粒子束(FIB)系统的真空室内，用聚焦粒子束电流观察到基片上的碳管，再在单根碳管的两端原位沉积Pt电极引线与Ti/Au电极相连；第四步，对产品进行场效应性能的检测，得到氮化碳/碳纳米管纳米结场效应晶体管。本发明方法工艺简单，成本低廉，而且接触电阻小。

Description

一种具有纳米结的氮化碳/碳纳米管场效应晶体管的制备方法
技术领域
本发明涉及晶体管纳米技术，特别是一种具有纳米结的氮化碳/碳纳米管场效应晶体管的制备方法。
背景技术
碳纳米管由于其独特的电学性能，已经成为科学家广泛关注的极具潜力的特殊功能材料和器件材料。目前利用单壁纳米碳管和纳米线已经制备了不同的电子元器件，如二极管，室温场效应晶体管以及倒相器。(1：Derycke，V.；Martel，R.；Appenzeller，J.；Avouris，Ph.Nano.Lett.2001，1，453.2：Martel，R.；Schmidt，T.；Shea，H.R.；Hertel，T.；Avouris，Ph.Appl.Phys.Lett.1998，73，2447.3：Fuhrer，M.S.；Kim，B.M.；Durkop，T.；Brintlinger，T.Nano.Lett.2002，2，755.4：Choi，W.B.；Chu，J.U.；Jeong，K.S.；Bae，E.J.；Lee，J.W.；Kim，J.J.；Lee，J.O.Appl.Phys.Lett.2001，79，3696.)但是，由于多壁碳管复杂的电子性质，到目前为止利用多壁碳管制备场效应晶体管的报道还很少。最近由于多壁碳管制备技术有了很大的进展，可以制备不同形状具有不同性能的多壁碳管，如具有T形和Y形的多壁碳管(1：Papadopoulos，C.；Rkitin，A.；Li，J.；Vedeneev，A.S.；Xu，J.M.Phys.Rev.Lett.2000，85，3476.2：Perez-Garrido，A.；Urbina，A.Carbon 2002，40，1227)。与无机硅器件相似，也可以利用搀杂的方法在碳纳米管的石墨网络中引入给电子如氮或受电子元素如硼，可以有效的控制纳米管的电子性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用多壁碳管制备技术及一种具有纳米结氮化碳/碳纳米管作为半导体材料，制备室温场效应晶体管纳米器件的方法。
本发明的另一目的是利用一种具有纳米结氮化碳/碳纳米管作为半导体材料，制备了一种室温场效应晶体管纳米器件。利用聚离子束光刻技术直接观察到纳米碳管并在单根碳管两端原位沉积Pt电极作为源、漏电极。在室温下这种材料具有良好的场效应性能，其迁移率和开关比很高，可与硅电子器件相媲美。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种具有纳米结的氮化碳/碳纳米管场效应晶体管的制备法，包括下列步骤：
第一步，在热氧化的二氧化硅表面用光刻技术制备Ti/Au电极对阵列；
第二步，然后把制备的氮化碳/碳纳米管分散在四氯化碳和二氯苯溶液里，将一滴含碳管的悬浮液滴在带电极对的二氧化硅基底上；
第三步，待溶剂挥发完全后，放入IDS P2X聚焦粒子束(FIB)系统的真空室内，用聚焦粒子束电流观察到基片上的碳管，再在单根碳管的两端原位沉积Pt电极引线与Ti/Au电极相连。
第四步，对产品进行场效应性能的检测，得到氮化碳/碳纳米管纳米结场效应晶体管。
所述的氮化碳/碳纳米管纳米结场效应晶体管的制备方法，其所述Ti/Au电极对阵列，其电极宽度为0.5～1.5微米，对电极间距离为5～10微米。
所述的氮化碳/碳纳米管纳米结场效应晶体管的制备方法，所述的聚焦粒子束电流为2～6皮安。
所述的氮化碳/碳纳米管纳米结场效应晶体管的制备方法，其所述碳管直径为40～60纳米，长度为2～5微米；Pt电极引线的宽度在300纳米～2微米之间。
所述的氮化碳/碳纳米管纳米结场效应晶体管的制备方法，所述的进行场效应性能的检测，是利用HP4140B半导体测试仪和MP1008探针台，在源漏电压为0-15V的范围内扫描，从而得出器件的输出性能。
所述的氮化碳/碳纳米管纳米结场效应晶体管的制备方法，其产品是n沟道场效应晶体管。
本发明的氮化碳/碳纳米管纳米结场效应晶体管是n沟道场效应晶体管，其电子迁移率高达3.84×103cm2/Vs。另外，本发明的n沟道器件的开关比大于104。而且，这些性能都是在空气中测量得到的。
本发明制备的这种氮化碳/碳纳米管，其中一半为碳纳米管，另一半为搀杂氮的氮化碳纳米管，由这种具有分子内纳米结的多壁纳米管制备的场效应晶体管，方法简单，具有良好的场效应性能，尚未见文献报道。
本发明制备的氮化碳/碳纳米管纳米结场效应晶体管具有以下特征和优点：
1.本发明制备的氮化碳/碳纳米管纳米结场效应晶体管具有优良的场效应性能，有很高的电子迁移率和开关比，在室温下空气中性能稳定，是一种理想的分子器件。
2.本发明制备纳米器件的电极利用了聚离子束光刻技术，可以直接观察到基底上沉积的单根纳米管，并能在纳米管的两端原位制备电极。工艺简单，而且接触电阻小。
3.本发明制备的氮化碳/碳纳米管纳米结场效应晶体管利用的是多壁纳米管，制备工艺简单，成本低廉。
附图说明
图1为单根氮化碳/碳纳米管的透射电镜图；
图2为氮化碳/碳纳米管纳米结场效应晶体管的结构示意图；1，源极；2，漏极；3，氮化碳/碳纳米管；4，二氧化硅绝缘层；5，硅基底；
图3为氮化碳/碳纳米管纳米结场效应晶体管的输出特性曲线；
图4为氮化碳/碳纳米管纳米结场效应晶体管的转移特性曲线；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。但本发明并不限于此例。
实施例1
本发明制备氮化碳/碳纳米管纳米结场效应晶体管的方法：
第一步，在热氧化的二氧化硅(SiO2，500纳米)4表面用光刻技术制备Ti/Au电极对阵列，电极宽度为1微米，对电极间距离为5-10微米。
第二步，然后把制备的氮化碳/碳纳米管(氮化碳/碳纳米管的制备方法请参见专利文献，申请号：02160815.6)分散在四氯化碳和二氯苯溶液里，将一滴含碳管的悬浮液滴在带电极对的二氧化硅基底5上。
第三步，待溶剂挥发完全后，放入IDS P2X聚焦粒子束(FIB)系统的真空室内，用4皮安的聚焦粒子束电流观察到基片上的碳管3，如图1所示，直径为50纳米，长度为4微米，并在单根碳管3的两端原位沉积Pt电极引线，源极1，漏极2分别与Ti/Au电极相连。Pt电极引线的宽度为2微米。器件结构示意图，如图2所示。
第四步，对产品进行场效应性能的检测，以得到合格的场效应晶体管，利用探针台(Wentworht，MP1008)和HP4141B半导体分析测试仪测量器件的输出特性曲线(图3)和转移特性曲线(图4)，源漏电压在0-15V扫描。在空气中测量器件的电子场效应迁移率为3.84×103cm2/Vs，开关比大于104。

Claims (6)

1、一种具有纳米结的氮化碳/碳纳米管场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
第一步，在热氧化的二氧化硅表面用光刻技术制备Ti/Au电极对阵列；
第二步，然后把制备的氮化碳/碳纳米管分散在四氯化碳和二氯苯溶液里，将一滴含碳管的悬浮液滴在带电极对的二氧化硅基底上；
第三步，待溶剂挥发完全后，放入IDS P2X聚焦粒子束(FIB)系统的真空室内，用聚焦粒子束电流观察到基片上的碳管，再在单根碳管的两端原位沉积Pt电极引线与Ti/Au电极相连。
第四步，对产品进行场效应性能的检测，得到氮化碳/碳纳米管纳米结场效应晶体管。
2、如权利要求1所述的氮化碳/碳纳米管纳米结场效应晶体管的制备方法，其特征在于，其所述Ti/Au电极对阵列，其电极宽度为0.5～1.5微米，对电极间距离为5～10微米。
3、如权利要求1所述的氮化碳/碳纳米管纳米结场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述的聚焦粒子束电流为2～6皮安。
4、如权利要求1所述的氮化碳/碳纳米管纳米结场效应晶体管的制备方法，其特征在于，其所述碳管直径为40～60纳米，长度为2～5微米；Pt电极引线的宽度在300纳米～2微米之间。
5、如权利要求1所述的氮化碳/碳纳米管纳米结场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述的进行场效应性能的检测，是利用HP4140B半导体测试仪和MP1008探针台，在源漏电压为0-15V的范围内扫描，从而得出器件的输出性能。
6、如权利要求1所述的氮化碳/碳纳米管纳米结场效应晶体管的制备方法，其特征在于，其产品是n沟道场效应晶体管。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN100375297C (zh) * 2004-12-27 2008-03-12 中国科学院化学研究所 光强度调节的场效应晶体管及其制备方法
CN100437120C (zh) * 2004-11-17 2008-11-26 中国科学院物理研究所 单根一维纳米材料的测试电极的制作方法
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CN101126735B (zh) * 2007-09-30 2010-06-23 董益阳 一种场效应晶体管生物传感器的制备方法
WO2024119842A1 (zh) * 2022-12-08 2024-06-13 复旦大学 基于等离子体处理的低维半导体材料晶体管的制备方法

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