[发明专利]定向/无序复合单层碳纳米管为沟道的场效应管及制作方法

说明书

一种定向/无序复合单层碳纳米管为沟道的场效应管及制作方法，在位于基底上的无序网状的碳纳米管薄膜两侧通过光刻曝光分别制成源、漏极，再在其上表面通过双向电泳排布技术将碳纳米管有序排布制成定向排布碳纳米管阵列，最后在顶部依次光刻曝光和磁控溅射得到栅极和介质层，实现场效应晶体管的制备。本发明采用无序网状与定向排布混合碳纳米管薄膜制备得到的器件具有优良的场效应晶体管开关特性，在室温空气中性能稳定。本发明通过改变无序网状与定向排布复合碳纳米管薄膜的密度、器件的结构尺寸以及掺杂参数，可以自由实现对场效应晶体管性能进行调控。

技术领域

本发明涉及一种场效应晶体管领域的技术，具体是一种定向/无序复合单层碳纳米管为沟道的场效应管及制作方法。

背景技术

碳纳米管是一种具有优异的机械性能和电子性能的一维纳米材料，被认为是制作未来纳米器件的首选。目前，基于单根碳纳米管的场效应已经被成功制作出来。然而，在实际应用中，将单根半导体性的碳纳米管制备的场效应晶体管的工艺较为复杂，器件的电流性能也受材料本身尺寸的限制。无序网状碳纳米管薄膜制备工艺简单，定向排布的碳纳米管阵列能够实现高导通电流。因此在实际应用中二者或是二者复合物可以被用来替代单根碳纳米管场效应晶体管。

无序网状碳纳米管薄膜可以通过静电自组装的方法来进行构建，定向排布的碳纳米管阵列能够通过双向电泳排布实现。利用静电自组装技术将碳纳米管组装在衬底之上(电极之下)，利用双向电泳排布技术将碳纳米管排布与电极之上(介质层之下)，两层碳纳米管相互连接，构成无序网状碳纳米管薄膜与有序排布碳纳米管阵列复合的场效应晶体管沟道。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101540285A，公开(公告)日2009.09.23，公开了一种纳米电子器件的碳纳米管薄膜场效应晶体管的制备方法，步骤为：在表面含有绝缘层的硅片上采用光刻技术制作出源漏电极图案，将碳纳米管通过交变电场双向电泳的方法沉积在源漏电极之间形成碳纳米管薄膜，然后用等离子体刻蚀的方法选择性去除沉积的碳纳米管中的金属性碳纳米管，得到具有良好性能的碳纳米管薄膜场效应晶体管；另一种为：将碳纳米管通过自组装的方法沉积在表面含有绝缘层的硅片上形成碳纳米管薄膜，然后采用光刻技术在碳纳米管薄膜上制作出源漏电极图案，接着用等离子体刻蚀的方法选择性去除沉积的碳纳米管中的金属性碳纳米管，得到碳纳米管薄膜场效应晶体管，该技术采用交变电场双向电泳法可制备定向排布的碳纳米管薄膜，但是该种有序定向阵列碳纳米管薄膜的电学性能将受到搭接在电极两端的金属性碳纳米管的严重干扰。

发明内容

本发明针对上述现有技术的缺陷和不足，提出一种定向/无序复合单层碳纳米管为沟道的场效应管及制作方法，制备得到的晶体管具有良好的整流特性和性能稳定性。

本发明通过以下技术方案实现：

本发明涉及一种基于无序网状与定向排布混合碳纳米管的场效应晶体管的制备方法，在位于基底上的无序网状的碳纳米管薄膜两侧通过光刻曝光分别制成源、漏极，再在其上表面通过双向电泳排布技术将碳纳米管有序排布制成定向排布碳纳米管阵列，最后在顶部依次光刻曝光和磁控溅射得到栅极和介质层，实现场效应晶体管的制备。

所述的无序网状的碳纳米管薄膜，采用但不限于自组装法或转移法制备得到。

所述的定向排布碳纳米管阵列，采用双向电泳排布技术制备得到，具体为：在源、漏极之间施加高频正弦交流电压，同时将碳纳米管悬浮液滴在源、漏极之间，使其在交变电场的作用下定向沉积后，通过紫外线进行照射处理。

所述的高频正弦交流电压优选频率为10MHz，峰-峰电压值为5V。

所述的碳纳米管悬浮液优选浓度为0.5g/mL。

所述的定向沉积优选沉积时间为40s，沉积温度为25℃。

所述的照射处理优选为用功率10W，波长175nm的紫外线对制得的纳米器件进行辐射处理5分钟。