[发明专利]一种基于CNT阵列沟道的栅极环绕型晶体管及制备方法

说明书

本发明属于微纳米器件技术领域，具体涉及一种基于CNT阵列沟道的栅极环绕型晶体管及制备方法。本发明采用自下而上的方式，直接在垂直硅台阶模版上采用提纯与自组装方法制备出高质量半导体性CNT阵列，并以其作为沟道材料，然后在此基础上，结合各向异性干法刻蚀、选择性湿法刻蚀以及微纳加工等技术，构筑亚纳米量级鳍宽的CNT FinFET。而且通过采用金属Pd或Sc分别与CNT实现p型或n型欧姆接触，从而可以制备出p型和n型的CNT FinFET，易于构筑反相器。

技术领域

本发明属于微纳米器件技术领域，具体涉及一种基于CNT阵列沟道的栅极环绕型晶体管及制备方法。

背景技术

晶体管的诞生，为集成电路、微处理器以及电子设备的昌盛发展奠定了基础，而摩尔定律的诞生，则将晶体管推向鼎盛发展。遵循着摩尔定律的发展，利用半导体工艺技术不断缩小晶体管尺寸，集成电路行业迅速发展。但是随着晶体管尺寸的不断缩小，也产生了短沟道效应、发热功耗增加、工艺技术的物理极限等问题。为延续摩尔定律，研究人员对晶体管结构进行了改进，从最初的平面晶体管开始，发展到鳍式场效应晶体管(FinFET)，再到之后的栅极环绕构型场效应管(GAAFET)，相比之下，GAAFET结构中栅极四面包围着沟道材料，栅极对沟道的调控能力更强。

另外，突破传统硅基材料体系，应用新型材料体系制备新构型场效应晶体管也是研究人员的重要研究方向，目前已经有不错的进展，如人们利用单层极限二维材料作为沟道的FinFET，同时还成功制备出了FinFET阵列(Chen M L,Sun X,Liu H,et al.A FinFETwith one atomic layer channel[J].Nature communications,2020,11(1):1-7.)，以及中国专利CN110416308 B描述的一种以二维半金属为源漏极的基于内嵌栅鳍的碳纳米管三维FinFET结构。

单壁碳纳米管(CNT)作为一种新型碳纳米材料，由石墨烯卷曲而成，具有高迁移率、高载流子浓度、高热导率、高强度等性质，而且对比硅基器件的速度和功耗，碳纳米管器件具有5-10倍的优势，此外，利用CNT沉积技术可以在4英寸硅片上制备高纯度和高密度的CNT阵列(Liu L,Han J,Xu L,et al.Aligned,high-density semiconducting carbonnanotube arrays for high-performance electronics[J].Science,2020,368(6493):850-856.)为半导体技术的发展提供另一种可能。

发明内容

本发明的目的是打破传统硅基材料体系的框架，首次提供一种基于CNT阵列沟道的栅极环绕型晶体管的制备方法，并且通过采用不同接触金属制备出p型和n型的CNTFinFET，进一步构筑CMOS反相器。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种基于CNT阵列沟道的栅极环绕型晶体管，包括基片、沟道、源电极、漏电极、绝缘层、介电层和栅极；

所述基片上设置有沟道，在所述沟道的前后两端沉积有源电极和漏电极，在所述沟道、源电极和漏电极表面沉积有绝缘层，在所述绝缘层和基片表面沉积有介电层，在所述介电层中间沉积有栅极；

所述沟道为垂直站立的单层高密度CNT平行阵列，所述绝缘层和介电层为绝缘材料薄膜，所述栅极为金属或金属性CNT薄膜，源电极、漏电极为金属。

一种所述的基于CNT阵列沟道的栅极环绕型晶体管的制备方法，包括以下步骤：

(1)采用微纳加工工艺对基片进行处理，获得高度可控的垂直台阶，之后在台阶表面沉积绝缘层，然后去除平面区域的绝缘层，保留台阶侧壁绝缘层；

(2)基于步骤(1)采用CNT液相界面提纯和自组装方法，在上述基片上制备出顺排、均匀的单层半导体性CNT阵列薄膜；