[发明专利]碳纳米管薄膜场效应晶体管的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种纳米电子器件技术领域的制备方法，具体来讲，涉及的是一种碳纳米管薄膜场效应晶体管的制备方法。

背景技术

人们对碳纳米管晶体管已经投入大量研究，并取得一定进展，目前碳纳米管场效应晶体管的制备方法主要有如下几种：1.采用显微物理操纵的方法将碳纳米管移动连接到电极上，如AFM探针拨动的方法，该方法能精确控制碳纳米管，但操作难度很大，效率很低，很难实现规模化生产；2.采用CVD的方法在硅片表面生长碳纳米管，使之与源漏电极相连，该方法虽能通过催化剂控制碳纳米管生长的位置，但碳纳米管生长方向随机性很大，操作的可重复性以及碳纳米管和电极之间的电接触性能很得以难控制；3.将纯化后的碳纳米管直接超声分散有机溶剂中形成混合液，将碳纳米管混合液旋涂于预先刻有源漏电极图案的硅片上，这种方法使碳纳米管在硅片上任意分布，无法控制其取向性；4.采用外加辅助电场等，使超声悬浮在有机溶剂中的碳纳米管趋向连接到源漏电极之间，是由于碳纳米管之间的吸附作用，该方法在电极部位连接的碳纳米管往往比较混乱地吸附在一起，碳纳米管任意缠绕问题很大，重复性和电学性能很差，使得利用交变电场辅助制作碳纳米管场效应晶体管的工作局限于将单根的碳纳米管或碳纳米管束连接到两相对的电极上；5.先将碳纳米管旋涂在未刻有源漏电极图案的硅片上，然后选择合适的碳纳米管，在其上采用光刻技术制作出源漏电极图案，该方法存在碳纳米管任意分布，光刻时定位、套刻困难等不足，其制作效率不高。除此之外，上述所有器件都面临一个共同的问题，金属性与半导体性碳纳米管的分离。

经对现有技术文献的检索发现，中国专利公开号CN1490856A，公开日为2004年4月21日，发明名称为：一种阵列碳纳米管薄膜晶体管的制备方法，该专利公开了一种采用阵列碳纳米管薄膜制作晶体管的方法。该方法使用金属酞菁在SiO₂/高掺杂硅基片上生长一层阵列碳纳米管薄膜，然后在膜上用真空蒸镀的方法沉积金电极作为源、漏电极，制成具有场效应性能的晶体管。其不足之处是：该方法制得的阵列碳纳米管薄膜中碳纳米管堆积在一起，不能有效地均匀分散，这将使碳纳米管与源漏电极不能形成良好的欧姆接触，碳纳米管之间存在偶合效应，影响晶体管的性能。而且，该方法制作阵列碳纳米管薄膜晶体管时使用的源漏电极尺寸很大，间距为0.1-0.5毫米，宽度为50-66毫米，而集成电路中晶体管的尺寸远小于此，因此该方法不能适应当前微电子与集成电路产业特征尺寸日益缩小的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种碳纳米管薄膜场效应晶体管的制备方法，并结合能够与传统微电子加工工艺很好兼容的等离子体刻蚀技术，成功分离金属性和半导体性碳纳米管，得到性能优秀的电子器件。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括如下步骤：

第一步，采用自组装方法在微电极之间形成碳纳米管薄膜：

a)将清洗干净的带绝缘层硅片浸泡在H₂SO₄和H₂O₂混合溶液中；

b)将冲洗干净的带绝缘层硅片浸泡在过硫酸胺溶液(ammoniumpersulfate，过硫酸铵)中；

c)将烘干后的带绝缘层硅片在碳纳米管悬浮液中浸泡，使碳纳米管在硅片上自组装形成碳纳米管薄膜；

d)采用光刻技术在碳纳米管薄膜上制作出源漏电极图案。

在通过上述两种方案在微电极之间形成碳纳米管薄膜后，继续下列步骤。

第二步，去除金属性碳纳米管，以硅衬底作为背面栅极得到具有良好性能的碳纳米管薄膜场效应晶体管。去除金属性碳纳米管可以采用以下两种方案：

方案一：在室温到600℃范围，0.01到100000Pa压强下，采用等离子体刻蚀，去除金属性碳纳米管。

方案二：先施加栅压使半导体性碳纳米管截止，然后接源漏电压，使源漏电流从金属性的碳纳米管上通过，将金属性的碳纳米管烧断，留下半导体性的碳纳米管。

所述H₂SO₄和H₂O₂体积比范围为1-6∶1，浸泡时间为0小时到24小时，浸泡温度为0-100度。

所述将冲洗干净的硅片浸泡在过硫酸胺溶液中0-24h，过硫酸胺溶液中H₂O和过硫酸胺的体积比范围为(5-10000)∶1。

所述将烘干后的硅片在浓度为0.1-10mg/ml的碳纳米管悬浮液中浸泡0-72h。