[发明专利]一种制备柔性碳纳米管场效应晶体管的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体制造技术领域，涉及一种制备柔性碳纳米管场效应晶体管的方法。

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(FieldEffectTransistor，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。此外，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。

研究发现，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，这使得碳纳米管成为制备柔性电子器件的理想材料。但是由于受限于工艺条件和制备能力，柔性碳纳米管场效应晶体管的制备成本高且产量较低，柔性碳纳米管场效应晶体管要想获得大规模的实际应用，必须首选研发出低成本的量产工艺技术。

因此，本领域技术人员亟需提供一种制备柔性碳纳米管场效应晶体管的方法，不仅与传统的微电子加工工艺相兼容，同时为柔性碳纳米管场效应晶体管的量产提供可能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种制备柔性碳纳米管场效应晶体管的方法，不仅与传统的微电子加工工艺相兼容，同时为柔性碳纳米管场效应晶体管的量产提供可能。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种制备柔性碳纳米管场效应晶体管的方法，包括以下步骤：

步骤S01，提供一硅衬底，并在所述硅衬底上形成二氧化硅层；

步骤S02，在具有二氧化硅层的硅衬底上制备碳纳米管；

步骤S03，制备以所述碳纳米管为沟道材料的场效应晶体管；

步骤S04，采用光刻和刻蚀工艺在碳纳米管场效应晶体管四周形成沟槽，且所述沟槽的四周相邻的端点处保留预设尺寸的桥接；

步骤S05，对所述硅衬底进行横向刻蚀，以使碳纳米管场效应晶体管的底部保持悬空；

步骤S06，采用PDMS印章工艺将碳纳米管场效应晶体管转移至柔性衬底，形成柔性碳纳米管场效应晶体管。

优选的，所述步骤S02中，在所述二氧化硅层上制备碳纳米管包括以下方法：

在所述硅衬底上预先定位催化剂颗粒，并通过化学气相沉积工艺原位生长碳纳米管薄膜或平行阵列的碳纳米管；或者，

将已生长好的平行阵列的碳纳米管直接转移至所述硅衬底；或者，

通过化学修饰法在所述硅衬底上淀积碳纳米管薄膜。

优选的，所述步骤S03中，制备以所述碳纳米管为沟道材料的场效应晶体管，具体包括以下步骤：

步骤S031，制备源漏电极；

步骤S032，在所述二氧化硅层上淀积高K栅介质层；

步骤S033，制备栅电极以及栅电极引出线；

步骤S034，制备源漏电极接触孔，引出所述源漏电极。

优选的，采用光刻、刻蚀以及金属剥离工艺制备源漏电极和栅电极，所述源漏电极以及栅电极包括钛粘附层和金电极层，或者包括钛粘附层和钯电极层。

优选的，采用原子层淀积工艺形成所述高K栅介质层，所述高K栅介质层的材质为HfO₂或Al₂O₃。

优选的，采用光刻、刻蚀以及金属剥离工艺制备所述源漏电极接触孔。

优选的，所述步骤S04中，利用光刻和刻蚀工艺在碳纳米管场效应晶体管四周形成沟槽，具体包括以下步骤：

步骤S041，采用光刻工艺在所述碳纳米管场效应晶体管的四周定义出沟槽图形，并使沟槽的四周相邻的端点处保留预设尺寸的桥接；

步骤S042，采用刻蚀工艺对所述高K栅介质层以及二氧化硅层进行刻蚀，且刻蚀停止于所述硅衬底的上表面。

优选的，所述步骤S05中，采用KOH或TMAH溶液对所述硅衬底进行横向湿法刻蚀。