一种碳基纳米材料晶体管的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种由碳纳米管和石墨烯组成的碳基纳米材料晶体管的制备方法。该方法首先在基底上排列金属性碳纳米管和半导体性碳纳米管，并用导电材料将碳纳米管两端引出电极。在碳纳米管上方沉积一层介质材料，然后将石墨烯转移到淀积有介质材料的碳纳米管上，将碳纳米管的电极引出，并在石墨烯的两端沉积导电材料形成电极。本发明专利技术可以同时制备出两种结构的碳基纳米材料晶体管，即半导体性碳纳米管做沟道、石墨烯做栅电极的晶体管和金属性碳纳米管做栅电极、石墨烯做沟道的晶体管结构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米加工技术，具体是一种由碳纳米管和石墨烯组成的碳基纳米材料晶体管的制备方法。
技术介绍
碳纳米管和石墨烯都是碳的同素异形体，原子均为Sp2成键结构，SP2键远强于金刚石中的SP3键，从而使得碳纳米管和石墨烯分别成为目前测得最结实的一维和二维材料。 石墨烯和碳纳米管均具有很高的电流输运能力(至少比铜高两个数量级)。另外，石墨烯和碳纳米管在低偏置下都有很大的平均自由程。所有这些性质都使碳纳米管和石墨烯在电子器件领域具有巨大的应用潜力。大面积的石墨烯是具有零带隙的半金属，利用石墨烯做场效应晶体管，可以使沟道厚度降低到单原子层，这样石墨烯场效应晶体管的沟道长度就可以缩短到更小的尺寸， 而不会受到当前硅基器件中短沟效应的影响，，具有更高的速度。碳纳米管具有独特的电学特性，可以分为金属性和半导体性。金属性碳纳米管在室温下具有良好的导电性，可以用作纳米量级的导线，并且在45纳米及以下制程中，碳纳米管互连线的性能可以超过传统的铜互连线。半导体性的碳纳米管兼有传统半导体所具有的性质。在传统的硅基集成电路按比例缩小的趋势下，由于量子尺寸效应和隧道效应导致器件性能不稳定。碳纳米管因其长宽比高，优异的电学特性使得碳纳米管场效应晶体管在纳米电路中具有很大的研究潜力。单壁碳纳米管场效应晶体管的单位宽度的跨导参数值可以达到目前性能最好的MOSFET的2倍以上。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种由碳纳米管和石墨烯组成的碳基纳米材料晶体管的制备方法。本专利技术提供的技术方案如下—种由碳纳米管和石墨烯组成的碳基纳米材料晶体管的制备方法，其步骤包括(1)首先在基底1上排列金属性碳纳米管2和半导体性碳纳米管3，并用导电材料 4将碳纳米管两端引出电极。其中基底可以是Si/Si02，石英，砷化镓，塑料等材料；碳纳米管可以是直接在基底1上生长的，也可以是从其它衬底上转移过来的碳纳米管；碳纳米管可以是单壁碳纳米管，也可以是多壁碳纳米管，还可以是碳纳米管管束；导电材料可以是Ti/ Au等金属材料，也可以是高掺杂半导体材料，导电塑料聚合物材料。(2)在碳纳米管上方沉积一层介质材料5，然后将石墨烯6转移到淀积有介质材料 5的碳纳米管上。石墨烯可以是用机械剥离的方法直接剥离到基底表面，也可以是用化学气相沉积或热分解等方法制备出的石墨烯然后转移到基底上。石墨烯可以是单层的，也可以是多层的。石墨烯可以用纳米加工技术进行加工成一定宽度的石墨烯纳米带。介质材料可以是氧化石墨烯，SiO2，或HfO2等介质材料。石墨烯可以是横跨在一根碳管或碳管束上面，也可以横跨在多根相互间有间距的碳管或碳管束上面；(3)将碳纳米管的电极引出。也可以在转移石墨烯之前将碳纳米管的电极引出。(4)在石墨烯的两端沉积导电材料4形成电极。导电材料可以是Ti/Au等金属材料，也可以是高掺杂半导体材料，导电塑料聚合物材料。本专利技术原理利用本方法可以同时制备出两种结构的由碳纳米管和石墨烯组成的碳基纳米材料晶体管结构。一种是用金属性碳纳米管做栅电极，用氧化石墨烯，SiO2，或高K介质做栅介质材料，用化学气相沉积制备或机械剥离的方法制备的石墨烯做沟道的晶体管结构，另一种是用半导体性的碳纳米管做沟道，用高K介质做栅介质材料，用化学气相沉积制备或机械剥离的方法制备的石墨烯做栅电极的晶体管结构。本专利技术的优点与技术效果本专利技术中制备出的晶体管是用碳纳米管做栅电极或沟道，用石墨烯做沟道或栅电极的碳基纳米材料晶体管。另外，用碳纳米管做栅电极时，栅长度可以做到很小，最小可以是单根单壁碳纳米管的最小直径，即0. 4nm。本专利技术可以同时制备出半导体性碳纳米管做沟道、石墨烯做栅电极和金属性碳纳米管做栅电极、石墨烯做沟道的两种碳基纳米材料的晶体管结构。附图说明图1本专利技术基底上排列金属性碳纳米管和半导体性碳纳米管的示意图；图2本专利技术用导电材料将碳纳米管两端引出的示意图；图3本专利技术在碳纳米管上方沉积一层介质材料并将碳纳米管的电极引出后的示意图；图4本专利技术将石墨烯6转移到碳纳米管上面的介质材料5上的示意图；图5本专利技术在石墨烯的两端沉积导电材料的示意图。图中，1-基底；2-金属性碳纳米管；3-半导体性碳纳米管；4-导电材料；5-介质材料；6-石墨烯薄膜。具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述(1)首先在Si/SiA上定向生长碳纳米管，并用钯(Pd)将金属性的碳纳米管和半导体碳纳米管两端引出电极。(2)在上述碳纳米管上面沉积12nm的氧化铪，然后用机械剥离的方法直接将石墨烯剥离到沉积了氧化铪的碳纳米管上面。对于金属性的碳纳米管，用氧等离子体将其上面的石墨烯刻蚀成宽度为20nm的石墨烯纳米带，而对于半导体性的碳纳米管，用氧等离子体将其上面的石墨烯刻蚀成宽度为IOOnm的石墨烯纳米带。(3)将连接碳纳米管的电极上面的氧化铪去掉，将金属电极引出。(4)用电子束曝光的图形化方法，在石墨烯两端定义电极，并沉积Ti/Au。这样就可同时制备出了金属性碳纳米管做栅电极，20nm宽的石墨烯纳米带做沟道的晶体管结构和半导体性碳纳米管做沟道，IOOnm宽的石墨烯纳米带做栅电极的晶体管结构，这两种晶体管结构都是由石墨烯和碳纳米管构成的碳基纳米材料晶体管结构。 上面描述的实施例并非用于限定本专利技术，任何本领域的技术人员，在不脱离本专利技术的精神和范围内，可做各种的变换和修改，因此本专利技术的保护范围视权利要求范围所界定。权利要求1.，其步骤包括1)在基底上排列金属性碳纳米管和半导体性碳纳米管，并用导电材料将碳纳米管两端引出电极；2)在碳纳米管上方沉积一层介质材料；3)将石墨烯转移到沉积了介质材料的碳纳米管上面；4)将碳纳米管的电极引出，并在石墨烯的两端沉积导电材料形成电极。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基底是Si/Si02、石英、砷化镓或塑料材料。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，碳纳米管是直接在基底上生长的，或从其它衬底上转移过来的碳纳米管，碳纳米管是单壁碳纳米管，或是多壁碳纳米管，或碳纳米管管束ο4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，导电材料是Ti/Au等金属材料，或是高掺杂半导体材料，或导电塑料聚合物材料。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，介质材料是氧化石墨烯、SiO2或HfO2等介质材料。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，石墨烯是用机械剥离的方法直接剥离到基底表面，或是用化学气相沉积或热分解等方法制备出的石墨烯然后转移到基底上，石墨烯是单层，双层或是多层的。全文摘要本专利技术公开了一种由碳纳米管和石墨烯组成的碳基纳米材料晶体管的制备方法。该方法首先在基底上排列金属性碳纳米管和半导体性碳纳米管，并用导电材料将碳纳米管两端引出电极。在碳纳米管上方沉积一层介质材料，然后将石墨烯转移到淀积有介质材料的碳纳米管上，将碳纳米管的电极引出，并在石墨烯的两端沉积导电材料形成电极。本专利技术可以同时制备出两种结构的碳基纳米材料晶体管，即半导体性碳纳米管做沟道、石墨烯做栅电极的晶体管和金属性碳纳米管做栅电极、石墨烯做沟道的晶体管结构。文档编号H01L21/336GK102354668SQ20111030848公开日2012年2月15日 申请日期2011年10月12日 优先权日2011年10月12日专利技术者傅云义,本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种碳基纳米材料晶体管的制备方法，其步骤包括：１）在基底上排列金属性碳纳米管和半导体性碳纳米管，并用导电材料将碳纳米管两端引出电极；２）在碳纳米管上方沉积一层介质材料；３）将石墨烯转移到沉积了介质材料的碳纳米管上面；４）将碳纳米管的电极引出，并在石墨烯的两端沉积导电材料形成电极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：魏芹芹，崔晓锐，尹金泽，曹宇，魏子钧，赵华波，傅云义，黄如，张兴，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：11