单壁碳纳米管NEMS器件及其在纳米集成电路中的应用

摘要

碳纳米管具有一些独特的电学性质,在纳米电子学中有很好的应用前景。纳米器件“由下至上”制作的工艺。是在纳米技术和纳米材料的基础之上发展起来的。随着基于碳纳米管纳米器件研究的深入发展,电子学将在真正意义上从微电子时代进入纳电子时代。
　　 本论文研究的主要内容包括碳纳米管的分散、碳纳米管随机网络场效应器件的制备、电学信号的测试分析等。首先,采用超声分散法将碳纳米管粉末和乙醇溶液,通过不同的超声时间制备出碳纳米管和乙醇的混合液,用直接滴定法和竖直旋转提拉法把分散好的碳纳米管转移到硅基上。对分散工艺参数,时间,提取方法做了系统分析和研究,获得了较好的分散工艺条件。分析表明,用此分散工艺在硅基上制备出的碳纳米管随机网络薄膜,团聚相对较少,碳纳米管的长度平均为10um。接着,针对制备碳纳米管随机网络场效应晶体管的工艺流程,设计了正确方便制备器件的光刻掩膜板。随后,分别采用光刻法和荫罩式电子束蒸发法两种方案制备了基于碳纳米管随机网络的底栅场效应晶体管。两种方案皆用带有氧化层的重掺杂硅片作为器件基体,其中重掺杂的Si基作为晶体管的背栅,300nm厚的SiO2为栅极绝缘层；分散好的碳纳米管随机网络作为器件的导电沟道；金(Au)作为制备器件漏源电极的材料,成功制备了碳纳米管随机网络底栅场效应晶体管。系统研究了碳纳米管随机网络底栅场效应晶体管的各项电学特性,电学性能测试表明制备的器件为p沟道场效应晶体管,碳纳米管随机网络的电导随栅压的增加(减小)而减小(增加)。器件的跨导、载流子迁移率、阈值电压和亚阈值摆幅分别为32.6nS、15.4 cm2／Vs、-7.3V和20V／dec,并在300℃下对碳纳米管随机网络底栅场效应器件进行十分钟退火处理,改良了器件的电学特性。通过对测试得到的电学信号分析可知,退火降低了了碳纳米管随机网络与金属电极的接触势垒,使得输出特性曲线更加平滑,电流比退火前提高了近一个数量级,跨导也有所提高。
　　 最后,对碳纳米管随机网络薄膜在柔性基底弯折情况下电阻的变化进行了初步研究,测试信号表明,薄膜电阻并不随柔性基底的弯折而发生较大的变化。

目录

文摘

英文文摘

致谢

插图清单

第一章 绪论

1.1 碳纳米管器件研究背景

1.2 碳纳米管制备及其器件研究现状

1.2.1 碳纳米管制备

1.2.2 碳纳米管器件研究现状

1.3 论文结构

第二章 碳纳米管场效应管及其逻辑电路

2.1 引言

2.2 典型碳纳米管场效应晶体管

2.3 基于CNTFET逻辑电路

2.4 柔性衬底碳纳米管CNTFET集成电路

2.5 碳纳米管在纳电子学中的其他应用

2.6 本章小结

第三章 实验设备、工艺及表征

3.1 引言

3.2 实验材料及设备

3.2.1 实验材料

3.2.2 实验设备

3.3 碳纳米管场效应器件实验工艺

3.3.1 底栅CNTFET的制备工艺

3.3.2 顶栅CNTFET的制备工艺

3.4 纳米材料的表征

第四章 碳纳米管分散与碳纳米管场效应晶体管制备

4.1 引言

4.2 碳纳米管分散

4.2.1 旋涂法

4.2.2 竖直旋转提拉法

4.3 底栅碳纳米管随机网络场效应晶体管制备技术

4.3.1 荫罩式电子束沉积法

4.3.2 光刻法

4.3.3 碳纳米管浓度对场效应器件电学性能的影响

4.4 退火对碳纳米管随机网络底栅场效应管器件性能的改善

4.5 基于柔性基底的碳纳米管薄膜电阻

4.5.1 柔性基底材料选择

4.5.2 基于柔性基底碳纳米管薄膜电阻弯折实验

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文