[实用新型]双栅沟道导电类型可调单壁碳纳米管场效应晶体管

说明书

技术领域

本实用新型属于柔性纳米电子学技术领域，具体涉及一种双栅沟道导电类型可调单壁碳纳米管场效应晶体管的结构设计。

技术背景

传统的“由上至下”( top-down) 的工艺技术是在50 年代后半期硅平面晶体管技术和更早的金属真空镀膜等技术基础上发展起来的。主要结合硅片制备、掩膜技术、半导体掺杂技术等技术，以光刻和等离子体刻蚀等方法为基础的半导体器件的制作方法。一般来说，都是在已经准备好的材料层上，通过刻蚀和沉积等方式，制作出所需要的图案。因此被称为“由上至下”(top-down) 方法。目前，所有大规模集成电路、电子芯片和电子元件等的制作均是使用的这种方法。其制作工艺的精确度较高，可达到亚微米级，且器件定位准确。但是由于工艺本身的限制，这种方法也有不可逾越的障碍。如：由于光刻工艺使用光为主要工具，随着器件的减小，光的衍射和干涉等特性进一步表现出来，因此加工的精确度难以进一步提高；半导体器件和集成电路的复杂程度不断提高，使制作过程越来越复杂，制作成本也随之提高。目前，一般的集成电路都要经过十次以上的光刻才能完成；传统技术受工艺的限制，无法在器件中加入新的材料，如纳米线、纳米管等，阻碍了集成技术的进一步发展。

随着纳米技术的发展，新的工艺技术也随之产生。纳米器件的“由下至上”(bottom-up) 制作工艺，是在纳米技术和纳米材料的基础之上发展起来的。“由下至上”(bottom-up) 制作工艺是指在衬底之上加上纳米材料，如各种材料的纳米线、纳米管等，再在纳米材料的基础之上制作电极等结构，或者制作好电极后，接放置上纳米线、纳米管等纳米材料从而制作成具有一定功能的电子器件。这种工艺是将已经成型的材料放在衬底之上，不同于传统的“由上至下”(top-down) 工艺。形象地说就像垒积木一样，将材料一层层搭建到一起。

事实上，如果我们用单根纳米管构建晶体管，虽然理论上它的性能可以轻松超过现今硅基晶体管的性能。但是单根纳米管难普及存在一个主要障碍即其制造工艺难度极大。此外，单根纳米管制备的器件往往需要人工组装，因此可能要用几天的时间才能制作完成，大大降低了生产效率。另外，这类器件还存在着个体差异的问题，各纳米管的形状和构型总是略有差别，因此不同器件的性能通常也不一致。因此，这类单根碳纳米管不会取代硅和铜。尽管如此，由于碳纳米管可以和硅在电子电路中扮演同样的角色，而且它的尺寸只有分子大小，如果定位等问题可以得到解决，纳米电子器件有望将集成度提高至1012/cm²。

近年来，科学家一直在全力探索如何制造成本低廉、功能多样的柔性电子产品，碳纳米管在电子领域的迅速崛起恰好为这一研究方向注入了新的活力。由于碳纳米管具有独特的形状和电子性能，极有希望成为未来电子元件制造的主要原材料。而由碳纳米管制作的柔性、透明导电涂层有望加快柔性显示器和电子纸张的开发进程。

发明内容

为了克服现有纳米器件结构设计和制备技术的不足，本实用新型提供一种性能优秀的双栅沟道导电类型可调单壁碳纳米管场效应晶体管。

实现上述目的的技术解决方案如下。

双栅沟道导电类型可调单壁碳纳米管的场效应晶体管包括U型的柔性基底，所述柔性基底共分三层：外层12、中层11和内层10；所述内层10中部设有底栅电极9；所述底栅电极9中部向上呈阶梯状的拱形，底栅电极9上部依次设有底栅绝缘层8和碳纳米管随即网络薄膜层7，所述底栅绝缘层8和碳纳米管随即网络薄膜层7的形状与底栅电极9相同，即中部向上呈阶梯状的拱形；所述碳纳米管随即网络薄膜层7上部呈阶梯状的拱形的两侧分别设有漏电极5和源电极6；所述漏电极5和源电极6的顶部设有二氧化铪薄膜层4；与漏电极5对应的二氧化铪薄膜层4的顶部设有漏电极引线13，与源电极6对应的二氧化铪薄膜层4的顶部设有源电极引线16；与碳纳米管随即网络薄膜层7对应的二氧化铪薄膜层4顶部依次设有顶栅电极3和顶栅电极引线15；所述漏电极引线13、顶栅电极引线15和源电极引线16相互平行；底栅电极9的电极引线为14位于漏电极引线13、顶栅电极引线15和源电极引线16的后部，且垂直于漏电极引线13、顶栅电极引线15和源电极引线16。