[发明专利]一种碳纳米管纳电子器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳电子学领域，特别涉及一种以碳纳米管为基的纳电子器件，以及实现碳纳米管与金属电极间高性能接触的方法。

背景技术

纳电子器件的研究是当今纳米科学技术中最为重要的领域。碳纳米管以其独特的电学性能被认为是最有希望的纳电子器件的构建材料。用碳纳米管构建的各种纳电子器件如场效应晶体管、逻辑运算电路、振荡器、生物以及化学传感器等已经被广泛地研究，器件的性能在许多方面已经超过目前的微电子器件。这些都大大地促进了纳电子器件的实用化进程。

以碳纳米管为基的各种纳电子器件中都不可避免地涉及到碳纳米管与外部电极、以及各碳纳米管之间的连接问题。目前广泛采用的是用金属连接，即采用各种微加工的方法选择适当的金属材料把碳纳米管连接起来构建成纳电子器件。目前采用金属钯(Palladium，Pd)已经实现了与碳纳米管的p型高性能接触[A.Javey，J.Guo，Q.Wang，M.Lundstrom，H.Dai，Nature，424，654(2003)]。采用Pd做接触电极的碳纳米管场效应晶体管不仅可以获得欧姆接触，而且可以实现载流子的弹道输运，部分性能已经远远超过了目前基于硅技术的的p型MOSFET。众所周知，作为逻辑电路基本单元的CMOS同时需要p型和n型场效应晶体管。尽管p-型碳纳米管场效应晶体管已经制备得很好，但n型碳纳米管场效应晶体管的研究还远远落后于p型器件。目前用来制备n型碳纳米管场效应晶体管的方法主要有两种，一种是采用低功函数的金属(如Al，Mg，Ca)[Y.Nosho，Y.Ohno，S.Kishimoto，T.Mizutani，Nanotechnology，17，3412(2006)，Ali Javey，Qian Wang，Woong Kim，and Hongjie Dai，IEEEIEDM2003]作为电极材料来实现金属与碳纳米管的n型接触，一种是对碳纳米管本身进行电子型掺杂从而实现n型器件[A.Javey，R.Tu，D.B.Farmer，J.Guo，R.G.Gordon，and H.Dai，Nano Lett，5，345(2005)]。但是，第一种方法得到的n型器件的性能较差，开关电流比和开态电流值都比较小。第二种方法虽然可以得到性能较好的n型器件，但是掺杂并不稳定，器件必须处于一定的化学环境中才行，当环境(如温度、气氛)发生变化时器件的性能随之变化，实用性较差。因此，如何实现碳纳米管与金属电极间的高性能的n型接触已经成了限制纳电子器件实用化的重要因素。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高性能接触的碳纳米管纳电子器件，以及能够简单方便地实现碳纳米管与金属形成高性能的接触的方法。

本发明的以碳纳米管为基的纳电子器件采用金属钪(Scandium，Sc)作为与碳纳米管连接的电极。

通过各种微加工技术，把金属钪与碳纳米管连接起来即可实现高性能的接触。常用微加工技术例如：

1、通过光刻(电子束或光学光刻)在碳纳米管周围形成电极的形状，再蒸镀一层金属Sc，然后剥离(lift off)去除不需要的金属层，这样就在金属钪与碳纳米管之间建立了电极连接。

2、利用纳米探针操纵系统，在扫描电镜(SEM)或透射电镜(TEM)中，用金属钪做探针的针尖，直接接触到碳纳米管的两端，建立电极连接。

3、在事先加工好的金属钪电极对上加交流电压，把分散好的碳纳米管的溶液滴到电极对上，利用电泳的原理，在交流电压的诱导下把碳管排列到钪电极上，建立电极连接。