[发明专利]一种碳纳米管束场效应晶体管阵列及其制造方法

说明书

本发明提供一种碳纳米管束场效应晶体管阵列及其制造方法，所述碳纳米管束场效应晶体管阵列包括：源极材料层、漏极材料层以及连接于所述源极材料层与漏极材料层之间的碳纳米管束阵列；所述碳纳米管束阵列包括若干分立设置的碳纳米管束单元，其中，所述碳纳米管束单元的轴向第一端与所述源极材料层连接，所述碳纳米管束单元的轴向第二端与所述漏极材料层连接；所述碳纳米管束单元被栅极结构所包围。本发明的碳纳米管束场效应晶体管阵列能够耐受更高的操作电压及操作电流，能够应用于大功率器件。并且本发明采用环栅结构，可以提高栅极对沟道的操控能力。本发明的碳纳米管束场效应晶体管阵列的制造方法具有工艺步骤简单的特点，有利于降低生产成本。

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，涉及一种碳纳米管束场效应晶体管阵列及其制造方法。

背景技术

对于载流子运输介质，真空本质上优于固体，因为它允许弹道运输，而在半导体中，载流子会遭受光学和声学声子散射。真空中的电子速度理论上是3×10¹⁰cm/s，但在半导体中，电子速度仅约为5×10⁷cm/s。一些科学家认为，在真空晶体管中，似乎只有电子可以在电极之间流动，而空穴不能。除非我们学会处理正电子，否则将不可能做任何互补型电路，例如CMOS。而没有互补型电路，功率将过高，最有可能限制真空晶体管进入细分市场。很难想象，任何大型数字电路都会用到真空晶体管。

目前真空晶体管主要有四种类型(Jin-Woo Han,Jae Sub Oh and M.Meyyappan,Vacuum Nanoelectronics:Back to the Future？-Gate insulated nanoscale vacuumchannel transistor,APL,100,213505(2012))：(a)垂直场发射型、(b)平面横向场发射型、(c)MOSFET型、(d)绝缘栅空气沟道晶体管。

近年来，已经有报道公开了在理想的围栅几何形态下，碳纳米管场效应晶体管(CNTFET)的自对准栅极尺寸可缩小到20纳米(IBM创造了第一个9nm碳纳米管晶体管，通过Gareth Halfacree于2012年1月30日发表)。栅极包围碳纳米管沟道的均匀性已经被证实，并且这个过程不会损坏碳纳米管。此外，利用合适的栅极介质层，可以实现N型晶体管或P型晶体管，其中，利用HfO₂作为栅介质层可以实现N型晶体管，利用Al₂O₃作为栅介质层可以实现P型晶体管(Aaron D.Franklin，Carbon Nanotube Complementary Wrap-GateTransistors，Nano Lett.,2013,13(6),pp 2490–2495)。这些发现不仅为围栅碳纳米管器件的进一步研究提供了一个有前途的平台，并表明采用碳纳米管的大规模数字开关拥有现实的技术潜力。

然而，仍有必要开发CNTFET的潜力和可能性，使其能够用于制造拥有高操作电压和高驱动电流的大功率器件。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种碳纳米管束场效应晶体管阵列及其制造方法，用于解决现有技术中碳纳米管场效应晶体管不能应用于大功率器件的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种碳纳米管束场效应晶体管阵列，包括：

源极材料层；

漏极材料层，形成于所述源极材料层上方；

碳纳米管束阵列，连接于所述源极材料层与所述漏极材料层之间；所述碳纳米管束阵列包括若干分立设置的碳纳米管束单元，其中，所述碳纳米管束单元的轴向第一端与所述源极材料层连接，所述碳纳米管束单元的轴向第二端与所述漏极材料层连接；