[发明专利]柔性碳纳米管晶体管的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种柔性碳纳米管晶体管的制备方法。

背景技术

近年来，随着柔性显示技术和智能可穿戴产品的迅速发展，柔性电子学受到越来越多的关注，对柔性场效应晶体管(FET)的研究也逐渐成为热点课题，目前较为成熟的柔性晶体管制备工艺主要是基于有机半导体材料，或采用低温多晶硅工艺。有机半导体材料虽然具有较好的柔韧性和较低的工艺成本，但其较低的载流子迁移率极大地限制了器件性能的提升，同时，有机半导体材料还极易受到氧气和湿度的影响，从而导致器件的可靠性存在很大问题。低温多晶硅工艺虽然可以在一定程度上改善有机半导体材料的可靠性问题，但其器件性能仍然很难得到有效提升，同时其复杂的制造工艺也极大地增加了生产成本，从而限制了其应用推广，因此，目前对于柔性晶体管的研究重点仍然是寻找合适的无机半导体材料，以制备高性能的柔性晶体管，并克服有机半导体材料的可靠性问题。

单壁碳纳米管(SWNT)具有独特的电学特性，尤其是半导体的单壁碳纳米管具有非常高的载流子迁移率，在场效应晶体管中可表现出弹道输运特性，是制备高性能的场效应晶体管的理想材料。同时，碳纳米管还具有优异的材料特性，如良好的机械柔韧性和延展性以及光学透明性，这使得碳纳米管也是制备柔性电子器件的理想材料，目前已经有众多研究结果展示了利用半导体性单壁碳纳米管所制备的柔性晶体管及其潜在的应用成果(T.Takahashi,et.al,Nano Lett.2011,11,5408–5413；D.-M.Sun,et.al,Nature Nanotech.2011,6,156-161；C.Wang,et.al,Nano Lett.2012,12,1527-1533；C.Wang,et.al,Nature Materials2013,12,899-904；D.-M.Sun,et.al,Nature Commun.2013,4:2302,1-8)，这些研究工作所报道的柔性碳纳米管晶体管基本都是基于薄膜或网络状的半导体性碳纳米管，虽然其器件性能相比有机半导体材料已经有极大提升，但是在碳纳米管薄膜或网络中存在大量的管与管之间的交叉连接，这极大地抑制了碳纳米管本身的高迁移率特性，从而使得器件性能很难实现大幅提升。可以想象，要使半导体碳纳米管发挥高迁移率的输运特性，必须保证源/漏电极之间的每根碳纳米管的完整性，即源/漏电极之间必须是单根或平行阵列的半导体性碳纳米管。但是，到目前为止，在柔性衬底上制备高性能的基于平行阵列的单壁碳纳米管晶体管的工艺还未得到广泛研究，如果能够在柔性衬底上制备基于平行阵列的单壁碳纳米管晶体管，并且与现有的硅基集成电路的制备工艺完全兼容，则在不增加成本的前提下，就能够提高柔性晶体管的性能和可靠性。

发明内容

为了克服以上问题，本发明的目的是通过将单壁碳纳米管平行阵列转移在柔性背栅衬底上，并采用光刻和刻蚀工艺制备源/漏电极、栅电极，从而制备出基于单壁碳纳米管平行阵列的柔性碳纳米管晶体管，提高现有的柔性碳纳米管晶体管的性能和可靠性。

为了实现上述目的，本发明提供了一种柔性碳纳米管晶体管的制备方法，其包括：

提供一基底，在所述基底上制备柔性背栅衬底；

将单壁碳纳米管的平行阵列转移至所述柔性背栅衬底表面；

在所述单壁碳纳米管平行阵列的表面制备电击穿电极，利用电击穿法去除金属性的所述单壁碳纳米管；其中，所述电击穿电极具有与所述碳纳米管垂直的部分和平行的部分；

利用光刻和刻蚀工艺去除所述电击穿电极与所述单壁碳纳米管平行的部分，所述电击穿电极与所述单壁碳纳米管垂直的部分形成源/漏电极结构；

在所述柔性背栅衬底上形成栅介质层；所述栅介质层将所述柔性背栅衬底表面、所述单壁碳纳米管平行阵列和所述源/漏电极结构覆盖住；

在所述栅介质层表面且对应于所述源/漏电极结构之间的空隙上方形成顶栅电极；

在所述栅介质层中且对应于所述源/漏电极结构上方引出源/漏电极；

去除所述基底，形成所述柔性碳纳米管晶体管。

优选地，利用梳状电极作为电击穿时的电极，采用所述电击穿法去除所述金属性的单壁碳纳米管的过程包括：

在所述碳纳米管平行阵列表面制备梳状电极，所述梳状电极的梳齿垂直于所述单壁碳纳米管平行阵列；

在所述柔性背栅衬底表面引出背栅电极；

利用电击穿技术去除所述金属性的所述单壁碳纳米管。

优选地，引出所述背栅电极的方法，包括：

在所述柔性背栅衬底表面涂覆光刻胶层；