本发明专利技术提供一种以碳纳米管为电极的场效应晶体管器件及其制备方法。该器件中，构成源区和漏区的材料均为至少一根单壁碳纳米管，构成沟道区的材料为各种有机半导体分子。本发明专利技术提供的制备方法，通过将自上而下的器件制造工艺和自下而上的分子自组装方法相融合的方法，在功能性分子晶体管器件中引入功能化分子。通过利用一维弹道单壁碳纳米管作为点接触体及引入具有自组装特性的六苯并蔻类化合物，可获得高性能的纳米场效应晶体管，对各种外界刺激具有很高的响应灵敏度。本发明专利技术提供的碳纳米管晶体管器件在超灵敏环境刺激响应、超灵敏太阳能刺激响应器件等方面均具有很高的应用价值。该器件对促进分子级别各种尺度下超微光电器件的发展，将起到至关重要的作用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种晶体管器件及其制备方法，特别是。
技术介绍
分子输运结的制备方法对于促进分子电子学的发展具有重要意义，通过分子输运 结能够获知单个或多个分子的电学性质。在分子电子学领域中，最大的难题仍然是对电子 电路的电流-电压响应的构建、测量表征及理论研究，而分子系统作为电子电路中的传导 元件起到至关重要的作用。单壁碳纳米管是具有分子尺度的准一维弹道导体，适宜于纳米 级加工，且具有独特的光电特性。现已证实，单壁碳纳米管在诸多方面均具有很好的应用前 景，如单壁碳纳米管是构建纳米电器件和纳米光器件中最基本的结构元件；另外，从原理上 讲，单壁碳纳米管是一种理想的电极材料，在测定分子电导率时可部分替代金属电极。 本专利技术人的研究小组在前期研究工作中，提出了多种在碳纳米管的末端与单个分 子间形成纳米空隙的方法。该体系可作为电极并用于单分子的表征。该方法中，功能性纳米 空隙是将单壁碳纳米管经超精细电子束光刻及氧等离子体刻蚀工艺得到的。该方法可使分 子通过稳定的酰胺键与单壁碳纳米管相连，避免了现有方法中在金电极中插入硫醇类化合 物。由于酰胺键具有很好的化学稳定性，因而可使器件抵抗外界剌激及各种化学处理。利用 该方法，本专利技术人已对各种不同类型的分子线进行了测定；并已制备出各种不同类型的分 子电子器件，该器件可根据PH的变化控制电导率的变化、探测蛋白质和基质的连接方式、 实现共轭与非共轭状态之间传导率的光转换、测定对称与非对称DNA序列之间的电导率及 读出缺电荷分子的存在。另外，本专利技术人合成了一种名为四(十二烷基)六苯冠烯(HBC) 的化合物，其结构式如式I所示，该化合物的次级结构是由并五苯次级单元组成。利用该化 合物的液晶薄膜、自组装单分子层和纳米电缆制备得到的场效应晶体管，具有较高的载流 子迁移 和电流调制性能(u = 0. 02cm2 V-2s-1 ;开关电流比为106 : 1)。另外，由于化合物 分子中，内层的n电子体系作为导电中心，外层的n电子体系作为绝缘壳层，电荷输运是 限域的一维模式。 <formula>formula see original document page 3</formula><formula>formula see original document page 3</formula> (式I) 随着传统硅基晶体管的尺寸逐渐微型化到分子尺度，在纳米级的输运结方面已进 行了大量的研究工作。原则上，单分子尺度的晶体管器件能够克服半导体材料的低载流子 浓度缺陷，而表现出很好的场效应晶体管性质。为实现这一最终目标，至关重要的是制备新 材料、研制新型器件结构及为获得高载流子迁移率和高栅效率而进行的参数优化新方法。 碳基材料(如单壁碳纳米管和石墨烯)由于其独特的性质及维度，越来越被认为是最有研 究前景的纳米材料。但是，迄今为止，关于单壁碳纳米管作为一维电极材料并探讨半导体性 分子材料的电学性质方面，还鲜有报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供。 本专利技术提供的场效应晶体管器件，包括源区、漏区、栅区和沟道区；其中，栅区和沟 道区均位于源区和漏区之间，栅区位于所述沟道区之下；构成栅区的材料为各种常见的高 度掺杂的导电硅材料。 其中，构成源区的材料为至少一根单壁碳纳米管，构成漏区的材料为至少一根单 壁碳纳米管，具体可为单壁碳纳米管或单壁碳纳米管阵列；构成沟道区的材料为各种有机 半导体分子，如稠环芳烃，如六苯冠状稠环芳烃，或茈酰胺，具体可为聚噻吩或并五苯等。该 器件还包括栅介质层，构成栅介质层的材料为二氧化硅，氮化硅以及各种高K的绝缘体，如 氧化铝、氧化锆或二氧化钛。本专利技术提供的制备上述场效应晶体管器件的方法，包括如下步骤 1)将至少一根单壁碳纳米管分布在绝缘电介质层基底表面； 2)用金属掩膜覆盖所述步骤1)得到的碳纳米管，在绝缘电介质层基底表面依次 镀上金属薄膜； 3)刻蚀掉步骤1)得到的碳纳米管的中部，暴露出绝缘电介质层基底； 4)在碳纳米管表面及所述步骤3)暴露出的绝缘电介质层基底表面，覆盖有机物薄膜，得到本专利技术提供的以碳纳米管为电极的场效应晶体管器件。 该方法的步骤1)中，使单壁碳纳米管分布在绝缘电介质层基底表面的分布方法 为化学沉积法；所述绝缘电介质层基底为二氧化硅、氮化硅或氧化铝、氧化锆或二氧化钛； 步骤2)中，在绝缘电介质层基底表面依次镀上金属薄膜的方法为热蒸镀；金属薄 膜材料选自金、铬和镍中的一种或任意几种。 步骤3)中，刻蚀方法为氧等离子体刻蚀；暴露出的绝缘电介质层基底的宽度为 l-10nm，优选5nm ; 步骤4)中，覆盖有机物薄膜的方法为热蒸镀或旋涂法，优选旋涂法；构成有机物 薄膜的材料为聚噻吩、六苯冠状稠环芳烃，如四(十二烷基)六苯冠烯(HBC)，或并五苯。 覆盖有机物薄膜的方法为热蒸镀或旋涂法。用旋涂法覆盖HBC薄膜时，旋涂物为 HBC的1， 2- 二氯乙烷溶液，浓度为0. 5-2mg/mL，优选lmg/mL ;旋涂转速为1000-2000rpm，优 选1200rpm ;旋涂时间为15-30秒，优选20秒。 在步骤4)之后，可根据需要，用电子束刻蚀方法将金属薄膜与单壁碳纳米管层之 间的接触用含氢硅酸盐聚合物进行保护。之后将该器件作如下后处理将碳纳米管晶体管器件于12(TC中退火0. 5小时，冷却至室温。 本专利技术提供的制备碳纳米管晶体管器件的方法，通过将自上而下的器件制造工艺 和自下而上的分子自组装方法相融合的方法，在功能性分子晶体管器件中引入功能化分 子。通过利用一维弹道单壁碳纳米管作为点接触体及引入具有自组装特性的六苯并蔻类化 合物，可获得高性能的纳米场效应晶体管。由于器件中存在光敏性化合物，该碳纳米管晶体 管器件对各种外界剌激，如温度剌激、光剌激，均具有很高的响应灵敏度。本专利技术提供的碳 纳米管晶体管器件在超灵敏环境剌激响应、超灵敏太阳能剌激响应器件等方面均具有很高 的应用价值。另外，在分子电子学及纳米领域，该器件对促进分子级别各种尺度下超微光电 器件的发展，将起到至关重要的作用。附图说明 图1为本专利技术提供的碳纳米管晶体管器件的结构示意图。图2为本专利技术提供的碳纳米管晶体管器件的电镜照片。 图3为氧等离子体刻蚀前后单壁碳纳米管ID与Ve的特性曲线。 图4为本专利技术提供的碳纳米管晶体管器件退火前后的电学特性曲线。 图5为本专利技术提供的碳纳米管晶体管器件在可见光照射前后的电学特性曲线。 图6为本专利技术提供的碳纳米管晶体管器件的漏电流与时间的特性曲线。 图7为本专利技术提供的碳纳米管晶体管器件的光学显微镜照片和电流与入射光强度的特性曲线。具体实施例方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术并不限于以下实施例。 实施例1、制备碳纳米管晶体管器件 该碳纳米管晶体管器件的制备方法依次包括如下步骤 1)用CoMo掺杂的介孔Si02颗粒作为催化剂，该催化剂均匀分布在重掺杂硅基片 表面的Si02层之上；该Si02层是通过热蒸发方法生长在硅片上的，厚度为300nm ;利用乙醇 为碳源，利用CVD方法在Si02层之上得到单壁碳纳米管层。该单壁碳纳米管层位于硅基片 的中央。 之后，将金属掩膜覆盖在上述单壁碳纳米管层之上，利用本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种有机薄膜晶体管，该有机薄膜晶体管包括：位于基板上的源极和漏极；倒锥形堤状物，其位于源极和漏极上，以露出源极和漏极中的每一个的一部分；以及位于倒锥形堤状物之间的有机半导体层。
【技术特征摘要】
一种场效应晶体管器件，包括源区、漏区、栅区和沟道区；其中，所述栅区和沟道区均位于所述源区和漏区之间，所述栅区位于所述沟道区之下；所述构成栅区的材料为掺杂导电硅；其特征在于所述构成源区的材料为至少一根单壁碳纳米管，所述构成漏区的材料为至少一根单壁碳纳米管，所述构成沟道区的材料为稠环芳烃或苝酰胺。2. 根据权利要求l所述的器件，其特征在于所述构成沟道区的材料为四(十二烷基)六苯冠烯或并五苯。3. 根据权利要求1所述的器件，其特征在于所述碳纳米管晶体管器件还包括栅介质层；所述栅介质层为二氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化锆或二氧化钛。4. 一种制备权利要求1-3任一所述场效应晶体管器件的方法，包括如下步骤1) 将至少一根单壁碳纳米管分布在绝缘电介质层基底表面；2) 用金属掩膜覆盖所述步骤1)得到的碳纳米管，在所述绝缘电介质层基底表面依次镀上金属薄膜；3) 刻蚀掉所述步骤1)得到的碳纳米管的中部，暴露出所述绝缘电介质层基底；4) 在所述碳纳米管表面及所述步骤3)暴露出的绝缘电介质层基底表面，覆盖有机物薄膜，得到所述场效应晶体管器件。5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述步骤1)中，所述使单壁碳纳米管分布在绝缘电介质层基底表面的分布方法为化学沉积法；所述绝缘电介质层基底为二氧化硅、氮化硅或氧化铝、氧化锆或二氧化钛；1所述步骤2)中，在绝缘电介质层基底表面依次镀上金属薄膜...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭雪峰，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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