DE102012220731A1 - Verringern des Kontaktwiderstands für Feldeffekttransistoreinheiten - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Dotieren einer Graphen-und-Nanoröhrchen-Dünnschichttransistor-Feldeffekttransistoreinheit zum Verringern des Kontaktwiderstands mit einer Metallelektrode. Das Verfahren weist das selektive Aufbringen eines Dotierstoffs auf einen Metallkontaktbereich einer Graphen-und-Nanoröhrchen-Feldeffekttransistoreinheit zum Verringern des Kontaktwiderstands der Feldeffekttransistoreinheit auf.

Description

  • Verweis auf verwandte Anmeldungen
  • Die vorliegende Anmeldung steht in Beziehung mit der U.S.-Patentanmeldung mit dem Titel „Doping Carbon Nanotubes and Graphene for Improving Electronic Mobility”, gekennzeichnet durch das anwaltliche Aktenzeichen YOR920110489US1 und gleichzeitig hiermit eingereicht, deren Offenbarung durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin einbezogen ist.
  • Gebiet der Erfindung
  • Ausführungsformen der Erfindung betreffen allgemein elektronische Einheiten, insbesondere die Leistungsfähigkeit logischer Einheiten.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Graphen und Kohlenstoff-Nanoröhrchen („Carbon Nanotubes”, CNT) sind Kandidaten, Silicium in logischen Einheiten mit hoher und mittlerer Leistungsfähigkeit zu ersetzen. Ein Faktor, der die Leistungsfähigkeit dieser Einheiten beeinträchtigt, ist der Kontaktwiderstand an der Metall-CNT/Graphen-Grenzfläche. Dieser Widerstand stellt den Hauptbeitrag zum Mobilitätsabbau in Kurzkanaleinheiten dar. Es wurden mehrere Wege zum Lösen dieses Problems vorgeschlagen, wie z. B. die Verwendung eines Metalls mit hoher Austrittsarbeit, das die Schottky-Barriere an der Grenzfläche von Metall und p-Typ-Nanoröhrchen senken kann, um so den Widerstand an den Kontakten zu verringern.
  • Dieser Ansatz hängt aber stark von der Austrittsarbeit des sondierten Materials ab, die im Fall von CNTs mit dem Röhrchendurchmesser variiert. So ist es bei Fehlen eines geeigneten Metalls mit hoher Austrittsarbeit schwierig, zufriedenstellende Kontakte auf CNTs mit kleinem Durchmesser herzustellen.
  • Ein weiterer bestehender Ansatz zum Verringern der Barriere an den Kontakten ist das Erhöhen der Elektronendichte an der Grenzfläche. Dies macht die Tunnelbarriere an der Grenzfläche durch Erhöhen der elektrischen Bandverbiegung dünner und erleichtert das direkte Tunneln des Elektrons in das CNT. Gewöhnlich wird dieser Effekt unter Verwendung eines externen Gate-Felds in einer Struktur vom Feldeffekttransistor(FET)-Typ erzielt. Der Einfluss des Gate auf die Kontakte kann aber aufgrund der Veränderung der Elektrostatik des Systems abhängig von der Geometrie der FET-Einheit variieren. Zudem sind Gate-Felder aufgrund der Abschirmung durch Kontaktmetalle nicht fähig, in der Nähe der Metall-CNT/Graphen-Kontakte einzudringen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn sich unterhalb des CNT-Graphen-Kanals Metall befindet (Bodenkontakt-Einheiten).
  • Somit besteht Bedarf an der Verringerung des Kontaktwiderstands von Kontakten zu CNT/Graphen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Dotieren einer Graphen-und-Nanoröhrchen-Dünnschichttransistor-Feldeffekttransistoreneinheit zum Verringern des Kontaktwiderstands mit einer Metallelektrode bereitgestellt. Das Verfahren weist die Schritte des selektiven Aufbringens eines Dotierstoffs auf einen Metallkontaktbereich einer Graphen-und-Nanoröhrchen-Feldeffekttransistoreinheit zum Verringern des Kontaktwiderstands der Feldeffekttransistoreinheit auf. Die Abnahme des Kontaktwiderstands nach dem Dotieren ist eine Folge der Zunahme der Ladungsträgerkonzentration an der Metall-CNT/Graphen-Grenzfläche.
  • Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die ein Substrat, eine auf dem Substrat hergestellte Graphen-und-Nanoröhrchen-Feldeffekttransistoreinheit mit einem exponierten Kontaktbereich, wobei der Kontaktbereich mit einem Dotierstoff dotiert ist, und über dem dotierten Kontaktbereich der Graphen-und-Nanoröhrchen-Feldeffekttransistoreinheit abgeschiedenes Kontaktmetall aufweist.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden elektrische Graphen- und CNT-Materialien über vorgefertigte Elektroden überführt und die Materialbereiche über den Elektroden selektiv dotiert.
  • Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung veranschaulichender Ausführungsformen, die in Verbindung mit den begleitenden Abbildungen zu lesen ist, ersichtlich werden.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Dotieren einer Graphen-und-Nanoröhrchen-Dünnschichttransistor-Feldeffekttransistoreinheit zum Verringern des Kontaktwiderstands mit einer Metallelektrode, aufweisend:
    selektives Aufbringen eines Dotierstoffs auf einen Metallkontaktbereich einer Graphen-und-Nanoröhrchen-Feldeffekttransistoreinheit, um den Kontaktwiderstand der Feldeffekttransistoreinheit zu verringern.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren ferner das Abscheiden von Kontaktmetall über dem dotierten Metallkontaktbereich der Graphen-und-Nanoröhrchen-Feldeffekttransistoreinheit auf.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Dotierstoff eine Dotierstofflösung.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält die Dotierstofflösung ein Gemisch von wenigstens einer Ladungsübertragungs-Dotierverbindung in einem Lösungsmittel mit einer Konzentration im Bereich von 0,1 Millimol (mM) bis 100 mM.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält die wenigstens eine Ladungsübertragungs-Dotierverbindung Cerammoniumnitrat.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält die wenigstens eine Ladungsübertragungs-Dotierverbindung Cerammoniumsulfat.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält die wenigstens eine Ladungsübertragungs-Dotierverbindung Ruthenium-Bipyridylkomplex.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält die wenigstens eine Ladungsübertragungs-Dotierverbindung Triethyloxoniumhexachlorantimonat.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält das Lösungsmittel wenigstens eines von Wasser, Dichlorethan, Alkohol und Dichlorbenzol.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung befindet sich der Dotierstoff in einem Gel-Gemisch, wobei das Gel nach dem Aufbringen verdunstet.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das selektive Aufbringen eines Dotierstoffs auf einen Metallkontaktbereich einer Graphen-und-Nanoröhrchen-Feldeffekttransistoreinheit das Anordnen der Graphen-und-Nanoröhrchen-Feldeffekttransistoreinheit in einer Dotierstofflösung über eine Zeitdauer auf.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung liegt die Zeitdauer in einem Bereich von einer Sekunde bis zehn Stunden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung basiert die Zeitdauer auf der Konzentration des aufgebrachten Dotierstoffs.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren ferner das Entnehmen der Graphen-und-Nanoröhrchen-Feldeffekttransistoreinheit aus der Dotierstofflösung und Spülen mit einem Dotierstoff-Lösungsmittel auf.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren ferner das Entfernen der Dotierstofflösung von den Nicht-Metallkontaktbereichen der Graphen-und-Nanoröhrchen-Feldeffekttransistoreinheit mit einem Dotierstoff-Lösungsmittel auf.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das selektive Aufbringen eines Dotierstoffs auf einen Metallkontaktbereich einer Graphen-und-Nanoröhrchen-Feldeffekttransistoreinheit das Drucken des Dotierstoffs direkt auf einen Kanalbereich der Graphen-und-Nanoröhrchen-Feldeffekttransistoreinheit auf.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Drucken die Verwendung von einem von einem polymerbasierten Stempel, Tintenstrahldrucken, Aufstreichen und Siebdrucken auf.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, aufweisend:
    ein Substrat;
    eine auf dem Substrat hergestellte Graphen-und-Nanoröhrchen-Feldeffekttransistoreinheit mit einem exponierten Kontaktbereich, wobei der Kontaktbereich mit einem Dotierstoff dotiert ist; und
    über dem dotierten Kontaktbereich der Graphen-und-Nanoröhrchen-Feldeffekttransistoreinheit abgeschiedenes Kontaktmetall.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält der Dotierstoff ein Gemisch von wenigstens einer Ladungsübertragungs-Dotierverbindung in einem Lösungsmittel in einer Konzentration im Bereich von 0,1 Millimol (mM) bis 100 mM.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält die wenigstens eine Ladungsübertragungs-Dotierverbindung eines von Cerammoniumnitrat, Cerammoniumsulfat, Ruthenium-Bipyridylkomplex und Triethyloxoniumhexachlorantimonat.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält das Lösungsmittel wenigstens eines von Wasser, Dichlorethan, Alkohol und Dichlorbenzol.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, aufweisend:
    Kontaktmetall;
    ein Substrat; und
    eine auf dem Substrat hergestellte und über dem Kontaktmetall aufgebrachte Graphen-und-Nanoröhrchen-Feldeffekttransistoreinheit, wobei von dem Kontaktmetall von unten getragene Materialbereiche mit einem Dotierstoff dotiert sind.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält der Dotierstoff ein Gemisch von wenigstens einer Ladungsübertragungs-Dotierverbindung in einem Lösungsmittel in einer Konzentration im Bereich von 0,1 Millimol (mM) bis 100 mM.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält wenigstens eine Ladungsübertragungs-Dotierverbindung eines von Cerammoniumnitrat, Cerammoniumsulfat, Ruthenium-Bipyridylkomplex und Triethyloxoniumhexachlorantimonat.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält das Lösungsmittel wenigstens eines von Wasser, Dichlorethan, Alkohol und Dichlorbenzol.
  • Kurze Beschreibung der Abbildungen
  • 1 zeigt einen Schritt der Herstellung eines Feldeffekttransistors (FET) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 zeigt einen Schritt der Herstellung eines Feldeffekttransistors (FET) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 3 zeigt einen Schritt der Herstellung eines Feldeffekttransistors (FET) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 4 zeigt einen Schritt der Herstellung eines Feldeffekttransistors (FET) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Herstellung eines Kohlenstoff-Nanoröhrchen-FET (CNFET) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 6 zeigt eine Ausführungsform eines Dual-Gate-CNFET gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 7 zeigt einen Schritt bei einer weiteren Ausführungsform der Herstellung eines CNFET gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 8 zeigt einen Schritt bei einer weiteren Ausführungsform der Herstellung eines CNFET gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 9 zeigt einen Schritt bei einer weiteren Ausführungsform der Herstellung eines CNFET gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 10 zeigt ein Diagramm, das den Kanalwiderstand gegen die Kanallänge bei einem Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Dünnschichttransistor vor und nach dem Dotierten des Kontakts unter Verwendung von Ruthenium-Bipyridylkomplex darstellt;
  • 11 zeigt ein Diagramm, das die Mobilität gegen die Kanallänge bei einem Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Dünnschichttransistor vor und nach dem Dotierten des Kontakts unter Verwendung von Ruthenium-Bipyridylkomplex darstellt;
  • 12 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Graphen-Feldeffekttransistor-Arrays gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 13 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Graphen-Feldeffekttransistor-Arrays gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 14 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Graphen-Feldeffekttransistor-Arrays gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 15 zeigt ein Diagramm, das den Einfluss der Dotierung auf den Palladium/Einzelschicht-Graphen-Kontaktwiderstand gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 16 zeigt ein Diagramm, das den Einfluss der Dotierung auf den Palladium/Einzelschicht-Graphen-Kontaktwiderstand gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 17 zeigt ein Diagramm, das den Einfluss der Dotierung auf den Palladium/Doppelschicht-Graphen-Kontaktwiderstand gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 18 zeigt ein Diagramm, das den Einfluss der Dotierung auf den Palladium/Doppelschicht-Graphen-Kontaktwiderstand gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 19 zeigt ein Diagramm, das die FET-Kanaldotierung unter Verwendung von Ruthenium-Bipyridylkomplex gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
  • 20 zeigt ein Diagramm, das die FET-Kanaldotierung unter Verwendung von Ruthenium-Bipyridylkomplex gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • Ausführliche Beschreibung von Ausführungsformen
  • Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft Verfahren zum Dotieren von Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNT) und Graphen zum Verringern des Kontaktwiderstands mit Metallelektroden. Wie hierin beschrieben, wird der Widerstand zwischen CNT/Graphen und Kontaktmetall durch Dotieren der Kontaktbereiche unter Verwendung verschiedener chemischer CNT/Graphen-Dotierstoffe verringert. Der Dotierstoff erhöht die Elektronendichte an den Kontakten dauerhaft, um diese Bereiche metallisch zu machen. Dies macht die Bandverbiegung an der Grenzfläche sehr scharf und bewirkt so das Dünnerwerden der Tunnelbarrieren, verringert also den Kontaktwiderstand.
  • Das Dotieren wird vorzugsweise in Lösungsphase durchgeführt, obwohl auch Dotieren in Gasphase durchführbar ist. Für Lösungsverfahren sind organische Lösungsmittel, wie z. B. Dichlorbenzol, Dichlormethan, Ethanol, Acetonitril, Chloroform, Methanol, Butanol und Andere geeignet. Das Dotieren kann durch Ladungsübertragung von den Dotierstoffen auf die Nanokomponenten erzielt werden, beispielsweise durch Wechselwirkung der freien Elektronenpaare von Dotiermolekülen mit quantenbeschränkten Orbitalen von Halbleiter-Nanodrähten und Nanokristallen, wodurch die Konzentration von Trägern, die bei dem Ladungstransport beteiligt sind, beeinflusst wird.
  • Mit Dotieren in der Lösungsphase können beispielsweise Nanokomponenten vor und/oder nach ihrem Einbau in einen Schaltkreis auf einem Chip dotiert werden. Unter Verwendung von Verfahren wie dem Tintenstrahldrucken können Nanokomponenten auch lokal auf dem Chip dotiert werden. Der Dotierungsgrad entlang eines Nanodrahts, eines Nanoröhrchens oder einer Nanokristall-Dünnschicht kann durch Maskieren bestimmter Abschnitte (beispielsweise von Kontakten) der Nanokomponente mit Resist und Dotieren nur der exponierten Abschnitte variiert werden. Für Anwendungen bei Einheiten können Nanodrähte durch Ausführen der Dotierung bei einer geeigneten Stufe der Prozessintegration vor Beschädigung geschützt werden.
  • Nanoröhrchen, beispielsweise Kohlenstoff-Nanoröhrchen, können entweder in Masse durch Suspendieren der Nanoröhrchen in einer Dotierstofflösung, mit oder ohne Erhitzen; oder durch Eintauchen eines Substrats, das die Nanoröhrchen trägt, in eine Dotierstofflösung dotiert werden. Obwohl in den nachstehenden Diskussionen Kohlenstoff-Nanoröhrchen als Beispiele verwendet werden, können Dotierverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auch auf andere halbleitende Nanoröhrchen angewendet werden, die beispielsweise Graphen, Pentacen, Fulleren usw. und Kombinationen davon enthalten können.
  • Die Wechselwirkung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit den Dotierstoffen, beispielsweise über Ladungsübertragung, führt zu der Entstehung von geladenen (Radikalkation-)Einheiten in der Nähe der Nanoröhrchen. Massedotieren kann durch Rühren einer Suspension der Kohlenstoff-Nanoröhrchen in einer Dotierstofflösung bei einer bevorzugten Temperatur von etwa 20 Grad Celsius (C) bis etwa 50 Grad C mit einer Dotierstoffkonzentration von vorzugsweise etwa 1 Millimol (mM) bis etwa 10 Mol (M) durchgeführt werden. Abhängig von den speziellen Dotierstoffen und Lösungsmitteln können aber auch Konzentrationen im Bereich von etwa 0,0001 M bis etwa 10 M mit Temperaturen von etwa 0 Grad C bis etwa 50 Grad C verwendet werden.
  • Im Allgemeinen hängt das Ausmaß der Dotierung von der Konzentration und der Temperatur des Dotiermediums ab, und die Verfahrensparameter werden gemäß der/dem spezifischen Nanokomponente, Dotierstoff und Lösungsmittelkombination sowie speziellen Anwendungserfordernissen oder gewünschten Merkmalen der Einheit ausgewählt.
  • Dotieren der Einheit, das heißt Dotieren des Nanoröhrchens, nachdem es als Teil einer Struktur einer Einheit des Substrates einverleibt worden ist, kann durch Exponieren der Einheit oder des Substrats mit dem Nanoröhrchen gegenüber einer Dotierstofflösung erzielt werden. Durch geeignetes Maskieren des Nanoröhrchens kann selektives Dotieren von Abschnitten des Nanoröhrchens erzielt werden, um gewünschte Dotierprofile entlang des Nanoröhrchens zu erhalten. Wie oben angemerkt, liegt die Dotierstoffkonzentration vorzugsweise im Bereich von etwa 0,1 mM bis etwa 10 M, bevorzugter von etwa 1 mM bis etwa 1 M, höchst bevorzugt von etwa 1 mM bis etwa 10 mM, mit der Lösungstemperatur vorzugsweise von etwa 10 Grad C bis etwa 50 Grad C, bevorzugter von etwa 20 Grad C bis etwa 50 Grad C. Bei dem Dotieren der Einheit hängt die Wahl der Verfahrensbedingungen auch von der Verträglichkeit mit anderen auf der Einheit oder dem Substrat vorhandenen Materialien ab. Während beispielsweise kleine Dotierstoffkonzentrationen allgemein tendenziell weniger wirkungsvoll sind, kann eine zu hohe Konzentration bestimmter Dotierstoffe zu potenziellen Korrosionsproblemen führen. Bei einer Ausführungsform wird das Dotieren unter einer N2-Atmosphäre ohne Rühren oder Bewegen der Lösung durchgeführt. Bewegen der Lösung kann aber annehmbar sein, solange sie keine Beschädigung der Einheit verursacht.
  • Wie nachstehend beschrieben, veranschaulichen 1 bis 4 Schritte eines Verfahrens zum Herstellen eines Feldeffekttransistors (FET). Dabei zeigt 1 einen Schritt bei der Herstellung eines Feldeffekttransistors (FET) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Gate-Dielektrikum 120, wie z. B. Siliciumdioxid oder oxynitrid, oder eine High-Kelvin(K)-Materialschicht ist auf dem Gate 100 angeordnet, bei dem es sich im Allgemeinen um ein dotiertes Silicium-Substrat handelt. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist das Silicium-Substrat degeneriert dotiert. Das Gate-Dielektrikum kann eine Dicke von beispielsweise etwa 1 bis etwa 100 Nanometer (nm) aufweisen. Eine Nanokomponente 140, beispielsweise ein Kohlenstoff-Nanoröhrchen, wird durch Aufschleudern auf dem Gate-Dielektrikum 120 aufgebracht. Wie hierin verwendet, beschrieben und dargestellt kann sich die Nanokomponente 140 auf ein Kohlenstoff-Nanoröhrchen, eine Dünnschicht von Kohlenstoff-Nanoröhrchen, ein einzelnes CNT oder eine CNT-Dünnschicht, eine Dünnschicht von Graphenflocken oder eine einzelne Schicht von Graphen beziehen. Auf dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen 140 wird durch herkömmliche lithographische Verfahren eine Resiststruktur gebildet. Beispielsweise kann eine Resistschicht über dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen 140 abgeschieden und mithilfe von Elektronenstrahllithographie oder Fotolithographie strukturiert werden. Bei einem Positivresist werden gegenüber dem Elektronenstrahl oder der lithographischen Strahlung exponierte Bereiche der Resistschicht unter Verwendung eines Entwicklers entfernt, um eine Struktur mit der in 1 gezeigten Resiststruktur zu ergeben.
  • Die auf dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen gebildete Resiststruktur kann eine oder mehrfache Trennungen von etwa 10 nm bis etwa 500 nm aufweisen, wenn Elektronenstrahllithographie verwendet wird, und von etwa 500 nm bis etwa 10 μm bei Fotolithographie. Die Mehrfachtrennungen entsprechen den Linie-Abstand-Trennungen, die mit den entsprechenden lithographischen Verfahren erzeugt werden, und stellen Trennungen benachbarter Top-Gates dar. Die Verfügbarkeit von mehreren TOP-Gates bietet Flexibilität der Einzelsteuerung für verschiedene logische Anwendungen, beispielsweise AND-, OR-, NOR-Operationen.
  • Wie in 2 gezeigt, wird ein Metall 160 mit einer Dicke im Bereich von etwa 15 nm bis etwa 50 nm auf der Resiststruktur und über Teilen des Kohlenstoff-Nanoröhrchens 140 aufgebracht. Das Metall kann Pd, Ti, W, Au, Co, Pt oder Legierungen davon oder ein metallisches Nanoröhrchen sein. Wenn ein metallisches Nanoröhrchen verwendet wird, kann das Metall 160 ein oder mehrere metallische Nanoröhrchen aufweisen. Andere Metalle oder Legierungen von Pd, Ti, W, Au, Co, Pt können durch Elektronenstrahl- oder Wärmeverdampfen unter Vakuum aufgebracht werden, während metallische Nanoröhrchen durch Lösungsphasenverfahren, wie z. B. Aufschleudern, aufgebracht werden können.
  • Nach dem Aufbringen des Metalls kann die Struktur zum Abheben des Resists in Aceton oder N-Methylpyrrolidon (NMP) getaucht werden, ein Verfahren, das den lithographisch strukturierten Resist und das oben aufgebrachte Metall durch Tränken der Probe in Lösungsmitteln wie Aceton oder NMP entfernt. Derartige Lösungsmittel können allgemein beispielsweise als Komponenten zum Abheben von Resist bezeichnet werden.
  • Wie in 3 dargestellt, bilden die auf dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen 140 zurückbleibenden Metallabschnitte 162 und 164 die FET-Source und -Drain. Bei dieser Ausführungsform werden Source und Drain über einem ersten bzw. einem zweiten Bereich des Kohlenstoff-Nanoröhrchens 140 oder allgemeiner der Nanokomponente 140 gebildet. Nach dem Abheben des Resists wird die Struktur von 3 mit dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen 140 in eine organische Lösung mit einem hierin im Zusammenhang einer Ausführungsform der Erfindung beschriebenen geeigneten Dotierstoff getaucht. 4 stellt die Dotiermoleküle dar, die an das Kohlenstoff-Nanoröhrchen 140 binden. Der dotierte Abschnitt des Kohlenstoff-Nanoröhrchens 140 (zwischen Metall-Source und -Drain) dient als Kanal des FET.
  • 5 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der Herstellung eines Kohlenstoff-Nanoröhrchen-FET oder allgemeiner eines FET mit einem Kanal, der eine Nanokomponente aufweist, wie z. B. andere halbleitende Nanoröhrchen, Nanodrähte oder Nanokristall-Dünnschichten. Nach dem Bilden des Gate-Dielektrikums 120 auf dem Substrat 100 werden unter Verwendung eines Verfahrens zum Abheben von Resist (nicht gezeigt), das dem für 1 bis 4 beschriebenen ähnlich ist, Metallabschnitte 162 und 164 auf dem Gate-Dielektrikum 120 gebildet. Die Metallabschnitte 162 und 164, die jeweils eine Dicke von etwa 15 nm bis etwa 300 nm aufweisen, bilden die FET-Source und -Drain. Für die Metallabschnitte 162, 164 können Metalle wie Pd, Ti, W, Au, Co und Pt sowie Legierungen davon oder ein oder mehrere metallische Nanoröhrchen verwendet werden. Anschließend wird ein Kohlenstoff-Nanoröhrchen 140 oder allgemeiner eine Nanokomponente über dem Gate-Dielektrikum 120 und den Metallabschnitten 162 und 164 aufgebracht, beispielsweise durch Aufschleudern. Eine flächendeckende Dotierung des Kohlenstoff-Nanoröhrchens 140 wird durch Eintauchen der Struktur in eine organische Lösung, die einen geeigneten Dotierstoff enthält, erzielt. Die Dotierstoffmoleküle binden an das Kohlenstoff-Nanoröhrchen, beispielsweise über Ladungsübertragungs-Wechselwirkung mit dem Stickstoff eines Dotierstoffs (beispielsweise wie hierin beschrieben), der ein freies Elektronenpaar an das Kohlenstoff-Nanoröhrchen spendet. In dieser Abbildung bildet der Abschnitt des Kohlenstoff-Nanoröhrchens 140, der in Kontakt mit dem Gate-Dielektrikum 120 steht, den Kanal des FET.
  • Alternativ dazu kann das Kohlenstoff-Nanoröhrchen 140 durch einen strukturierten Resist (nicht gezeigt), der über dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen 140 gebildet wird, selektiv dotiert werden. Der strukturierte Resist kann beispielsweise durch Aufbringen eines geeigneten Resistmaterials über dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen 140 und Strukturieren unter Verwendung herkömmlicher lithographischer Verfahren gebildet werden. Für diesen Zweck können Hydrogensilsesquioxane (HSQ) verwendet werden, ein Dielektrikum, das als Negativresist verwendet werden kann. Bei einer Ausführungsform der Erfindung können auch herkömmliche Resistmaterialien verwendet werden, wie z. B. Poly(methylmethacrylat) (PMMA) und so weiter. Dies wird durch die Verwendung von wasserlöslichen Dotierstoffen, wie z. B. Cerammoniumnitrat, Cerammoniumsulfat und Ruthenium-Bipyridylkomplex, möglich gemacht.
  • 6 stellt eine Ausführungsform eines Dual-Gate-Kohlenstoff-Nanoröhrchen-FET oder allgemeiner eines FET mit einem Kanal, der eine Nanokomponente enthält, wie z. B. andere halbleitende Nanoröhrchen, Nanodrähte oder Nanokristall-Dünnschichten, dar. Nach dem Bilden des Gate-Dielektrikums 120 über dem Substrat 100, das als erstes Gate wirkt (auch als Bottom-Gate oder Back-Gate bezeichnet), wird ein Kohlenstoff-Nanoröhrchen oder allgemeiner eine Nanokomponente 140 auf das Gate-Dielektrikum 120 abgeschieden. Die Metallabschnitte 162, 164 werden unter Verwendung eines Verfahrens zum Abheben von Resist wie dem in Verbindung mit 1 bis 4 beschriebenen über dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen 140 gebildet. Nach dem Bilden der Metallabschnitte 162, 164 (die als Source und Drain des FET wirken) wird die Struktur, die das Kohlenstoff-Nanoröhrchen 140 und die Metallabschnitte 162, 164 enthält, mit einer dielektrischen Schicht 180 bedeckt, die ein Niedertemperaturoxid (LTO) oder ein hoch dielektrisches Material für die chemische Gasphasenabscheidung (CVD), wie z. B. Hafniumdioxid, sein kann.
  • Ein zweites Gate 200 (auch als Top-Gate oder vorderes Gate bezeichnet), das ein Metall oder hochdotiertes Polysilicium enthalten kann, wird über der dielektrischen Schicht 180 gebildet, beispielsweise durch anfängliches Abscheiden eines Gate-Materials über der dielektrischen Schicht 180 und anschließendes Strukturieren, um das Top-Gate 200 zu bilden. Die dielektrische Schicht 180 wird geätzt, wobei das Top-Gate 200 als Ätzmaske dient, so dass, wie in 6 gezeigt, nur der Abschnitt unterhalb des Top-Gate 200 zurückbleibt. Beispielsweise kann eine verdünnte Fluorwasserstoffsäure (HF), wie z. B. 100:1 HF, als Ätzmittel für LTO verwendet werden.
  • Zusätzlich wird die Einheit in eine Dotierstofflösung eingetaucht, um eine Teildotierung des Kohlenstoff-Nanoröhrchens 140 zu erzielen. In diesem Fall weist der Kanal sowohl den Gate-gesteuerten nichtdotierten Bereich 500 als auch die beiden dotierten Bereiche 502 und 504 auf. Die dotierten Bereiche 502 und 504 wirken als „Erweiterungen” eines komplementären Metalloxid-Halbleiter(CMOS)-FET mit der Folge einer verringerten Kontaktbarriere und Verbesserungen von Treiberstrom und Transistorschaltverhalten. Die Einheit kann über das Top-Gate 200 oder das Bottom-Gate 100 oder beide betrieben werden. Bei logischen Anwendungen ist es wünschenswert, einen FET für eine gute Wechselstrom(AC)-Leistungsfähigkeit mit der Top-Gate-Konfiguration zu betreiben.
  • Wie nachstehend beschrieben, veranschaulichen 7 bis 9 Schritte einer weiteren Ausführungsform der Herstellung eines Kohlenstoff-Nanoröhrchen-FET oder allgemeiner eines FET mit einem Kanal, der eine Nanokomponente enthält, wie z. B. andere halbleitende Nanoröhrchen, Nanodrähte oder Nanokristall-Dünnschichten. Nachdem das Kohlenstoff-Nanoröhrchen oder die Nanokomponente 140 auf das Gate-Dielektrikum 120 aufgebracht ist, das zuvor über dem Substrat 100 gebildet worden ist, wird unter Verwendung herkömmlicher lithographischer Verfahren, wie z. B. Elektronenstrahl- oder Fotolithographie, ein strukturierter Resist auf dem Kohlenstoff-Nanoröhrchen 140 gebildet.
  • Die Struktur (gezeigt in 7), die den strukturierten Resist und das Kohlenstoff-Nanoröhrchen 140 enthält, wird in eine organische Lösung getaucht, die einen geeigneten Dotierstoff enthält (wie hierin beschrieben). Die Dotiermoleküle binden an die exponierten Bereiche des Kohlenstoff-Nanoröhrchens 140. Nach dem Dotieren des Nanoröhrchens 140 wird eine Metallschicht 160 mit einer Dicke im Bereich von etwa 15 nm bis etwa 50 nm über dem strukturierten Resist und dem dotierten Nanoröhrchen 140 abgeschieden. Wie zuvor beschrieben, können für das Metall 160 Pd, Ti, W, Au, Co, Pt oder Legierungen davon oder ein oder mehrere metallische Nanoröhrchen verwendet werden. Metallische Nanoröhrchen können unter Verwendung von Lösungsphasenverfahren, wie z. B. Aufschleudern, aufgebracht werden, während zum Aufbringen anderer Metalle oder Legierungen Elektronenstrahl- oder Vakuum-Aufdampfen verwendet werden kann.
  • Nach dem Abscheiden des Metalls wird die in 8 gezeigte Struktur zum Abheben des Resists in Aceton oder NMP getaucht. Wie in 9 gezeigt, bilden die nach dem Abheben des Resists zurückbleibenden Metallabschnitte 162, 164 die Source und Drain des FET. Das Verfahren nach 7 bis 9 erzeugt einen wesentlichen Dotierungsprofil-Unterschied entlang des Kanals des Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Transistors. Es ist zu beachten, dass in diesem Fall der nichtdotierte Abschnitt (beispielsweise Abschnitt 500 in 6) des Kohlenstoff-Nanoröhrchens 140 den Kanal des FET bildet.
  • Zum Fertigstellen der in 1 bis 9 dargestellten FET-Einheiten kann eine Passivierung durch Bedecken der entsprechenden Einheiten mit einem aufgeschleuderten organischen Material wie Poly(methylmethacrylat) (PMMA) oder Hydrogensilsesquioxanen (HSQ), einer dielektrischen Schicht mit niedrigem K-Wert, oder durch Aufbringen einer dielektrischen Niedertemperatur-Dünnschicht, wie z. B. Siliciumdioxid, durchgeführt werden. Eine weitere Bearbeitung der Einheit wird durch Metallisieren für das Back-End-Of-The-Line durchgeführt.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird eine CNT/Graphen-Dotierstofflösung durch Mischen mehrerer Ladungsübertragungs-Dotierstoffverbindungen in verschiedenen Lösungsmitteln mit Konzentrationen im Bereich von 0,1 mM–100 mM hergestellt. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung können Ladungsübertragungs-Dotierstoffverbindungen beispielsweise Cerammoniumnitrat, Cerammoniumsulfat, Ruthenium-Bipyridylkomplex und Triethyloxoniumhexachlorantimonat enthalten. Lösungsmittel können Wasser, Dichlorethan, Alkohole, Dichlorbenzol usw. enthalten.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine Nanoröhrchen- oder Graphen-FET-Einheit, die auf einem Substrat mit einem exponierten Kontaktbereich hergestellt ist (Bereiche mit Kontaktmetall werden Abdampfen erfahren), in die Dotierstofflösung getaucht. Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann die FET-Einheit mit einer Dauer von einer Sekunde bis 10 Stunden in die Dotierstofflösung getaucht werden, abhängig von der Konzentration der verwendeten Lösung. (Bei einer höheren Konzentration wird eine kürzere Dauer erforderlich sein.) Bei langer Dotierdauer sinkt die Kanalmobilität durch die Streuung durch Dotierstoffe. Gleiches wird an den Kontakten geschehen. Anschließend wird das Substrat aus der Dotierstofflösung entfernt und mit einem entsprechenden Dotierstoff-Lösungsmittel gespült. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das Substrat mit einer Menge an Lösungsmittel (Wasser, Ethanol usw.) gereinigt, die ausreicht, um überschüssige Dotierstofflösung zu entfernen (d. h. um die nicht umgesetzten Dotierstoffmoleküle zu entfernen).
  • Bei wenigstens einer Ausführungsform der Erfindung kann der vorstehend beschriebene Schritt des Aufbringens von Dotierstofflösung auf die Einheit auch durch Drucken des Dotierstoffs direkt auf die FET-Kanalbereiche durchgeführt werden. Dieses Drucken kann unter Verwendung von polymerbasierten Stempeln (PDMS), Tintenstrahldrucken, Aufstreichen, Siebdrucken usw. durchgeführt werden. Das Eintauchen des Substrats in die Dotierstofflösung stellt das Dotieren des Kontaktbereichs der Einheit sicher. Anschließend wird Kontaktmetall über dem dotierten Bereich aufgebracht.
  • Demgemäß setzt eine Ausführungsform der Erfindung neu entwickelte wasserlösliche Dotierstoffe (beispielsweise Ruthenium(III)- und Cer(IV)-Salze) bei der selektiven Dotierung des Metallkontaktbereichs eines Kohlenstoff-Nanoröhrchen- oder Graphen-Feldeffekttransistors ein, um eine bessere elektronische Leistungsfähigkeit zu erzielen. Eine Ausführungsform verwendet das Dotiermedium Wasser, um den Dotiervorgang mit komplementärem Metalloxid-Halbleiter (CMOS) verträglich zu machen; damit kann ein selektiver Bereich unterhalb der Metallkontakte dotiert werden, um den Kontaktwiderstand der Feldeffekteinheit zu verringern. Ferner enthält wenigstens eine Ausführungsform der Erfindung die Verwendung von einwandigen Nanoröhrchen und von Graphen.
  • 10 zeigt Diagramm 1002, das den Kanalwiderstand gegen die Kanallänge bei einem Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Dünnschichttransistor vor 1006 und nach 1004 dem Dotieren des Kontakts unter Verwendung von Ruthenium-Bipyridylkomplex darstellt. Diagramm 1002 zeigt eine Abwärtsverschiebung der R-gegen-L-Kurve bei Kontaktdotierung. Da der y-Achsenabschnitt der Linie den Kontaktwiderstand der FET-Einheit angibt, bedeutet eine Abwärtsverschiebung eine Verringerung des Kontaktwiderstands bei Kontaktdotierung.
  • 11 zeigt Diagramm 1010, das die Mobilität gegen die Kanallänge bei einem Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Dünnschichttransistor vor 1012 und nach 1014 dem Dotieren des Kontakts unter Verwendung von Ruthenium-Bipyridylkomplex darstellt. Diagramm 1010 zeigt, dass die Mobilität der FET-Einheit bei Dotierung der Kontakte erhöht wird.
  • Hierin wird der Einfluss von Ladungsübertragungs-Dotierung auf den Metall-Graphen-Kontaktwiderstand beschrieben. So führt das Dotieren einer Graphen-Einzelschicht von etwa 6 ☐ 1012 cm–2 zu keiner Verringerung des Palladium-Graphen-Kontaktwiderstands, da die Anzahl der Leitungsmoden in dem Graphen unterhalb von Palladium hauptsächlich durch die inhärenten Eigenschaften der Dipolbildung und die Verbreiterung der Zustandsdichten bestimmt ist. Im Gegensatz dazu wird in Graphendoppelschicht-Transistoren der Kontaktwiderstand bei Einführen einer ähnlichen Dotierkonzentration durch die wirkungsvolle Erhöhung der Anzahl der Leitungsmoden in der Graphen-Doppelschicht unterhalb des Palladiums und in dem Kanal um etwa 40% verringert. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung weist einen Kontaktwiderstand von 60 ± 20 ☐☐☐m an der Palladium-Graphendoppelschicht-Grenzfläche auf. Ferner zeigen Ausführungsformen der Erfindung dotierungsinduziertes Öffnen der Bandlücke in Graphendoppelschicht-Transistoren von 15 Millielektronenvolt (meV).
  • 12 bis 14 zeigen Diagramme, die Graphen-Feldeffekttransistor-Arrays gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können die Abbildungen von 12 bis 14 auch für CNTs gelten. Als Beispiel zeigt 12 ein Graphen-Feldeffekttransistor(FET)-Array, das ein Substrat 1104, Palladiumkanäle 1106 und Graphen 1108 mit variierender Kanallänge aber ohne Dotierung aufweist. 13 zeigt ein Einzelschicht-Graphen-FET-Array mit variierender Kanallänge und vor der Metallisierung durchgeführter Dotierung 1112. 14 zeigt ein Doppelschicht-Graphen-FET-Array mit variierender Kanallänge und nach der Metallisierung durchgeführter Dotierung 1112.
  • 15 und 16 zeigen Diagramme, die den Einfluss der Dotierung auf den Palladium/Einzelschicht-Graphen-Kontaktwiderstand gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen. Zur Veranschaulichung zeigt das Diagramm 1202 von 15 die Übertragungscharakteristik von Einzelschicht-Graphen-FETs mit (1206) und ohne (1204) Dotierung. Der Einschub von Diagramm 1202 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines typischen FET-Arrays. Das Diagramm 1208 von 16 zeigt den gemessenen Kontaktwiderstand, normiert auf die Gate-Vorspannung, in Graphen-FET-Arrays mit (1206) und ohne (1204) Dotierung. Der Einschub von Diagramm 1208 zeigt die gemessene Lochmobilität in Einzelschicht-Graphen-FET-Arrays mit und ohne Dotierung. Die Dotierung (bei 15 bis 18 nach der Metallisierung durchgeführt) hat einen vernachlässigbaren Einfluss sowohl auf die Mobilität als auch auf den Kontaktwiderstand. Die in 15 und 16 dargestellten Diagramme zeigen, dass Dotieren des Kanals im Fall von Graphen weder den Kontaktwiderstad verändert noch die Mobilität der Einheit erhöht.
  • 17 und 18 zeigen Diagramme, die den Einfluss von Dotierung auf den Palladium/Doppelschicht-Graphen-Kontaktwiderstand gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen. Zur Veranschaulichung zeigt das Diagramm 1302 von 17 den bei Raumtemperatur gemessenen Kontaktwiderstand mit (1306) und ohne (1304) Dotierung. Wie hierin verwendet, ist VG die Back-Gate-Spannung und VDirac ist die Back-Gate-Spannung, bei der die Ladungskonzentration im Kanal das Minimum annimmt. Bei Graphen könnte dies immer noch eine endliche Zahl sein, da Graphen ein Halbmetall ist, bei Nanoröhrchen (insbesondere bei halbleitenden) ist die Ladungskonzentration bei VG = VDirac aber null. Das Diagramm 1308 von 18 zeigt die Übertragungscharakteristik eines Doppelschicht-Graphen-FET mit 1 ☐m Kanallänge und Dotierung bei verschiedenen Temperaturen. Linie 1310 zeigt 14 Kelvin (K), Linie 1312 zeigt 100 K, Linie 1314 zeigt 200 K und Linie 1316 zeigt 300 K. Der Einschub von Diagramm 1308 zeigt den temperaturabhängigen Ruhestrom, aus dem die dotierungsinduzierte Bandlücke abgeleitet wird.
  • 19 zeigt ein Diagramm, das die FET-Kanaldotierung unter Verwendung von Ruthenium-Bipyridylkomplex gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Zur Veranschaulichung zeigt das Diagramm 1902 die FET-Kanaldotierung unter Verwendung von Ruthenium-Bipyridylkomplex mit einer Dotierstoffkonzentration von etwa 5 mM. Das Diagramm 1902 zeigt die Abhängigkeit des Drain-Stroms von der Dotierzeit. Bis zu einer Zeit von < 10 Minuten zeigt die Dotierung eine positive Wirkung auf den Kanalstrom (um etwa 20% erhöht), während der Strom bei längeren Zeiten zu sinken beginnt.
  • 20 zeigt ein Diagramm, das die FET-Kanaldotierung unter Verwendung von Ruthenium-Bipyridylkomplex gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Zur Veranschaulichung zeigt das Diagramm 2002 die FET-Kanaldotierung unter Verwendung von Ruthenium-Bipyridylkomplex mit einer Dotierstoffkonzentration von etwa 10 mM. Das Diagramm 2002 zeigt die Abhängigkeit des Drain-Stroms von der Dotierzeit. Bis zu einer Zeit von < 10 Minuten zeigt die Dotierung eine positive Wirkung auf den Kanalstrom (um etwa 10 bis 15% erhöht), während der Strom bei längeren Zeiten zu sinken beginnt.
  • Wie hierin beschrieben, enthält eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Verfahren zum Dotieren einer Graphen-und-Nanoröhrchen-Feldeffekttransistoreinheit zum Verringern des Kontaktwiderstands mit einer Metallelektrode, einschließlich des Schritts des selektiven Aufbringens eines Dotierstoffs auf einen Metallkontaktbereich einer Graphen-und-Nanoröhrchen-Feldeffekttransistoreinheit zum Verringern des Kontaktwiderstands der Feldeffekttransistoreinheit. Das Verfahren kann zusätzlich das Abscheiden von Kontaktmetall über dem dotierten Metallkontaktbereich der Graphen-und-Nanoröhrchen-Feldeffekttransistoreinheit aufweisen.
  • Bei wenigstens einer Ausführungsform der Erfindung ist der Dotierstoff eine Dotierstofflösung. Das selektive Aufbringen einer Dotierstofflösung auf einen Metallkontaktbereich einer Graphen-und-Nanoröhrchen-Feldeffekttransistoreinheit kann das Anordnen der Graphen-und-Nanoröhrchen-Feldeffekttransistoreinheit in einer Dotierstofflösung für eine Zeitdauer (beispielsweise im Bereich von einer Sekunde bis zehn Stunden) aufweisen. Ferner kann die Zeitdauer auf der Konzentration des aufgebrachten Dotierstoffs basieren. Bei Dotierung bei einer hohen Konzentration und/oder mit einer langen Zeitdauer kann das Dotierstoffmolekül möglicherweise eine dicke Schicht bilden und die Elektronenübertragung von Metallen verhindern.
  • Wie hierin angemerkt, kann die Graphen-und-Nanoröhrchen-Feldeffekttransistoreinheit aus der Dotierstofflösung entfernt und mit einem Dotierstoff-Lösungsmittel gespült werden (beispielsweise um die Dotierstofflösung mit einem Dotierstoff-Lösungsmittel von den Nicht-Metallkontaktbereichen der Graphen-und-Nanoröhrchen-Feldeffekttransistoreinheit zu entfernen).
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung befindet sich der Dotierstoff in einem Gel-Gemisch, wobei das Gel nach dem Aufbringen verdunstet. Diese Anwendung ist für das Verfahren, bei dem der Dotierstoff aufgedruckt wird, besonders wirkungsvoll.
  • Demgemäß beinhaltet das selektive Aufbringen eines Dotierstoffs auf einen Metallkontaktbereich einer Graphen-und-Nanoröhrchen-Feldeffekttransistoreinheit das Drucken des Dotierstoffs direkt auf den Kontaktbereich der Graphen-und-Nanoröhrchen-Feldeffekttransistoreinheit.
  • Wie hierin beschrieben, kann eine Vorrichtung, welche die vorstehend beschriebenen Verfahren umsetzt, ein Substrat, eine auf dem Substrat hergestellte Graphen-und-Nanoröhrchen-Feldeffekttransistoreinheit mit einem exponierten Kontaktbereich, wobei der Kontaktbereich mit einem Dotierstoff (in Lösung oder in Gel-Form) dotiert ist, und über dem dotierten Kontaktbereich der Graphen-und-Nanoröhrchen-Feldeffekttransistoreinheit aufgebrachtes Kontaktmetall aufweisen. Ferner kann bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung eine derartige Vorrichtung Kontaktmetall, ein Substrat und eine auf dem Substrat hergestellte und über dem Kontaktmetall aufgebrachte Graphen-und-Nanoröhrchen-Feldeffekttransistoreinheit aufweisen, wobei Materialbereiche, die von dem Kontaktmetall von unten getragen werden, mit einem Dotierstoff (in Lösung oder Gel-Form) dotiert sind. Das bedeutet, dass elektrische Graphen- und CNT-Materialien über vorgefertigte Elektroden überführt und die Materialbereiche über den Elektroden selektiv dotiert sind.
  • Die Verringerung des Kontaktwiderstands nach dem Dotieren wird durch die Zunahme der Ladungsträgerkonzentration an der Metall-CNT/Graphen-Grenzfläche bewirkt.
  • Hierin wurden veranschaulichende Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Abbildungen beschrieben, es ist aber zu beachten, dass die Erfindung nicht auf diese genauen Ausführungsformen beschränkt ist und dass von einem Fachmann verschiedene andere Veränderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne vom Umfang und Geist der Erfindung abzuweichen.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Dotieren einer Graphen-und-Nanoröhrchen-Dünnschichttransistor-Feldeffekttransistoreinheit zum Verringern des Kontaktwiderstands mit einer Metallelektrode, aufweisend: selektives Aufbringen eines Dotierstoffs auf einen Metallkontaktbereich einer Graphen-und-Nanoröhrchen-Feldeffekttransistoreinheit zum Verringern des Kontaktwiderstands der Feldeffekttransistoreinheit.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend das Aufbringen von Kontaktmetall über dem dotierten Metallkontaktbereich der Graphen-und-Nanoröhrchen-Feldeffekttransistoreinheit.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei der Dotierstoff eine Dotierstofflösung ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Dotierstofflösung ein Gemisch von wenigstens einer Ladungsübertragungs-Dotierverbindung in einem Lösungsmittel mit einer Konzentration im Bereich von 0,1 Millimol (mM) bis 100 mM enthält.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die wenigstens eine Ladungsübertragungs-Dotierverbindung Cerammoniumnitrat enthält.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 5, wobei die wenigstens eine Ladungsübertragungs-Dotierverbindung Cerammoniumsulfat enthält.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die wenigstens eine Ladungsübertragungs-Dotierverbindung Ruthenium-Bipyridylkomplex enthält.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die wenigstens eine Ladungsübertragungs-Dotierverbindung Triethyloxoniumhexachlorantimonat enthält.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei das Lösungsmittel wenigstens eines von Wasser, Dichlorethan, Alkohol und Dichlorbenzol enthält.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei sich der Dotierstoff in einem Gel-Gemisch befindet, wobei das Gel nach dem Aufbringen verdunstet.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das selektive Aufbringen eines Dotierstoffs auf einen Metallkontaktbereich einer Graphen-und-Nanoröhrchen-Feldeffekttransistoreinheit das Anordnen der Graphen-und-Nanoröhrchen-Feldeffekttransistoreinheit in einer Dotierstofflösung für eine Zeitdauer aufweist.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Zeitdauer im Bereich von einer Sekunde bis zehn Stunden liegt.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 12, wobei die Zeitdauer auf der Konzentration des aufgebrachten Dotierstoffs basiert.
  14. Vorrichtung, aufweisend: ein Substrat; eine auf dem Substrat hergestellte Graphen-und-Nanoröhrchen-Feldeffekttransistoreinheit mit einem exponierten Kontaktbereich, wobei der Kontaktbereich mit einem Dotierstoff dotiert ist; und über dem dotierten Kontaktbereich der Graphen-und-Nanoröhrchen-Feldeffekttransistoreinheit abgeschiedenes Kontaktmetall.
  15. Vorrichtung, aufweisend: Kontaktmetall; ein Substrat; und eine auf dem Substrat hergestellte und über dem Kontaktmetall aufgebrachte Graphen-und-Nanoröhrchen-Feldeffekttransistoreinheit, wobei von dem Kontaktmetall von unten getragene Materialbereiche mit einem Dotierstoff dotiert sind.
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