專(zhuān)利名稱(chēng)：一種碳基納米材料晶體管的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米加工技術(shù)，具體是一種由碳納米管和石墨烯組成的碳基納米材料晶體管的制備方法。
背景技術(shù)：
碳納米管和石墨烯都是碳的同素異形體，原子均為Sp2成鍵結(jié)構(gòu)，SP2鍵遠(yuǎn)強(qiáng)于金剛石中的SP3鍵，從而使得碳納米管和石墨烯分別成為目前測(cè)得最結(jié)實(shí)的一維和二維材料。 石墨烯和碳納米管均具有很高的電流輸運(yùn)能力(至少比銅高兩個(gè)數(shù)量級(jí))。另外，石墨烯和碳納米管在低偏置下都有很大的平均自由程。所有這些性質(zhì)都使碳納米管和石墨烯在電子器件領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。大面積的石墨烯是具有零帶隙的半金屬，利用石墨烯做場(chǎng)效應(yīng)晶體管，可以使溝道厚度降低到單原子層，這樣石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管的溝道長(zhǎng)度就可以縮短到更小的尺寸， 而不會(huì)受到當(dāng)前硅基器件中短溝效應(yīng)的影響，，具有更高的速度。碳納米管具有獨(dú)特的電學(xué)特性，可以分為金屬性和半導(dǎo)體性。金屬性碳納米管在室溫下具有良好的導(dǎo)電性，可以用作納米量級(jí)的導(dǎo)線，并且在45納米及以下制程中，碳納米管互連線的性能可以超過(guò)傳統(tǒng)的銅互連線。半導(dǎo)體性的碳納米管兼有傳統(tǒng)半導(dǎo)體所具有的性質(zhì)。在傳統(tǒng)的硅基集成電路按比例縮小的趨勢(shì)下，由于量子尺寸效應(yīng)和隧道效應(yīng)導(dǎo)致器件性能不穩(wěn)定。碳納米管因其長(zhǎng)寬比高，優(yōu)異的電學(xué)特性使得碳納米管場(chǎng)效應(yīng)晶體管在納米電路中具有很大的研究潛力。單壁碳納米管場(chǎng)效應(yīng)晶體管的單位寬度的跨導(dǎo)參數(shù)值可以達(dá)到目前性能最好的MOSFET的2倍以上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種由碳納米管和石墨烯組成的碳基納米材料晶體管的制備方法。本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下—種由碳納米管和石墨烯組成的碳基納米材料晶體管的制備方法，其步驟包括(1)首先在基底1上排列金屬性碳納米管2和半導(dǎo)體性碳納米管3，并用導(dǎo)電材料 4將碳納米管兩端引出電極。其中基底可以是Si/Si02，石英，砷化鎵，塑料等材料；碳納米管可以是直接在基底1上生長(zhǎng)的，也可以是從其它襯底上轉(zhuǎn)移過(guò)來(lái)的碳納米管；碳納米管可以是單壁碳納米管，也可以是多壁碳納米管，還可以是碳納米管管束；導(dǎo)電材料可以是Ti/ Au等金屬材料，也可以是高摻雜半導(dǎo)體材料，導(dǎo)電塑料聚合物材料。(2)在碳納米管上方沉積一層介質(zhì)材料5，然后將石墨烯6轉(zhuǎn)移到淀積有介質(zhì)材料 5的碳納米管上。石墨烯可以是用機(jī)械剝離的方法直接剝離到基底表面，也可以是用化學(xué)氣相沉積或熱分解等方法制備出的石墨烯然后轉(zhuǎn)移到基底上。石墨烯可以是單層的，也可以是多層的。石墨烯可以用納米加工技術(shù)進(jìn)行加工成一定寬度的石墨烯納米帶。介質(zhì)材料可以是氧化石墨烯，SiO2，或HfO2等介質(zhì)材料。石墨烯可以是橫跨在一根碳管或碳管束上面，也可以橫跨在多根相互間有間距的碳管或碳管束上面；(3)將碳納米管的電極引出。也可以在轉(zhuǎn)移石墨烯之前將碳納米管的電極引出。(4)在石墨烯的兩端沉積導(dǎo)電材料4形成電極。導(dǎo)電材料可以是Ti/Au等金屬材料，也可以是高摻雜半導(dǎo)體材料，導(dǎo)電塑料聚合物材料。本發(fā)明原理利用本方法可以同時(shí)制備出兩種結(jié)構(gòu)的由碳納米管和石墨烯組成的碳基納米材料晶體管結(jié)構(gòu)。一種是用金屬性碳納米管做柵電極，用氧化石墨烯，SiO2，或高K介質(zhì)做柵介質(zhì)材料，用化學(xué)氣相沉積制備或機(jī)械剝離的方法制備的石墨烯做溝道的晶體管結(jié)構(gòu)，另一種是用半導(dǎo)體性的碳納米管做溝道，用高K介質(zhì)做柵介質(zhì)材料，用化學(xué)氣相沉積制備或機(jī)械剝離的方法制備的石墨烯做柵電極的晶體管結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與技術(shù)效果本發(fā)明中制備出的晶體管是用碳納米管做柵電極或溝道，用石墨烯做溝道或柵電極的碳基納米材料晶體管。另外，用碳納米管做柵電極時(shí)，柵長(zhǎng)度可以做到很小，最小可以是單根單壁碳納米管的最小直徑，即0. 4nm。本發(fā)明可以同時(shí)制備出半導(dǎo)體性碳納米管做溝道、石墨烯做柵電極和金屬性碳納米管做柵電極、石墨烯做溝道的兩種碳基納米材料的晶體管結(jié)構(gòu)。


圖1本發(fā)明基底上排列金屬性碳納米管和半導(dǎo)體性碳納米管的示意圖；圖2本發(fā)明用導(dǎo)電材料將碳納米管兩端引出的示意圖；圖3本發(fā)明在碳納米管上方沉積一層介質(zhì)材料并將碳納米管的電極引出后的示意圖；圖4本發(fā)明將石墨烯6轉(zhuǎn)移到碳納米管上面的介質(zhì)材料5上的示意圖；圖5本發(fā)明在石墨烯的兩端沉積導(dǎo)電材料的示意圖。圖中，1-基底；2-金屬性碳納米管；3-半導(dǎo)體性碳納米管；4-導(dǎo)電材料；5-介質(zhì)材料；6-石墨烯薄膜。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述(1)首先在Si/SiA上定向生長(zhǎng)碳納米管，并用鈀(Pd)將金屬性的碳納米管和半導(dǎo)體碳納米管兩端引出電極。(2)在上述碳納米管上面沉積12nm的氧化鉿，然后用機(jī)械剝離的方法直接將石墨烯剝離到沉積了氧化鉿的碳納米管上面。對(duì)于金屬性的碳納米管，用氧等離子體將其上面的石墨烯刻蝕成寬度為20nm的石墨烯納米帶，而對(duì)于半導(dǎo)體性的碳納米管，用氧等離子體將其上面的石墨烯刻蝕成寬度為IOOnm的石墨烯納米帶。(3)將連接碳納米管的電極上面的氧化鉿去掉，將金屬電極引出。(4)用電子束曝光的圖形化方法，在石墨烯兩端定義電極，并沉積Ti/Au。這樣就可同時(shí)制備出了金屬性碳納米管做柵電極，20nm寬的石墨烯納米帶做溝道的晶體管結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體性碳納米管做溝道，IOOnm寬的石墨烯納米帶做柵電極的晶體管結(jié)構(gòu)，這兩種晶體管結(jié)構(gòu)都是由石墨烯和碳納米管構(gòu)成的碳基納米材料晶體管結(jié)構(gòu)。
上面描述的實(shí)施例并非用于限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可做各種的變換和修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍視權(quán)利要求范圍所界定。
權(quán)利要求
1.一種碳基納米材料晶體管的制備方法，其步驟包括1)在基底上排列金屬性碳納米管和半導(dǎo)體性碳納米管，并用導(dǎo)電材料將碳納米管兩端引出電極；2)在碳納米管上方沉積一層介質(zhì)材料；3)將石墨烯轉(zhuǎn)移到沉積了介質(zhì)材料的碳納米管上面；4)將碳納米管的電極引出，并在石墨烯的兩端沉積導(dǎo)電材料形成電極。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，基底是Si/Si02、石英、砷化鎵或塑料材料。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，碳納米管是直接在基底上生長(zhǎng)的，或從其它襯底上轉(zhuǎn)移過(guò)來(lái)的碳納米管，碳納米管是單壁碳納米管，或是多壁碳納米管，或碳納米管管束ο
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，導(dǎo)電材料是Ti/Au等金屬材料，或是高摻雜半導(dǎo)體材料，或?qū)щ娝芰暇酆衔锊牧稀?br> 5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，介質(zhì)材料是氧化石墨烯、SiO2或HfO2等介質(zhì)材料。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，石墨烯是用機(jī)械剝離的方法直接剝離到基底表面，或是用化學(xué)氣相沉積或熱分解等方法制備出的石墨烯然后轉(zhuǎn)移到基底上，石墨烯是單層，雙層或是多層的。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種由碳納米管和石墨烯組成的碳基納米材料晶體管的制備方法。該方法首先在基底上排列金屬性碳納米管和半導(dǎo)體性碳納米管，并用導(dǎo)電材料將碳納米管兩端引出電極。在碳納米管上方沉積一層介質(zhì)材料，然后將石墨烯轉(zhuǎn)移到淀積有介質(zhì)材料的碳納米管上，將碳納米管的電極引出，并在石墨烯的兩端沉積導(dǎo)電材料形成電極。本發(fā)明可以同時(shí)制備出兩種結(jié)構(gòu)的碳基納米材料晶體管，即半導(dǎo)體性碳納米管做溝道、石墨烯做柵電極的晶體管和金屬性碳納米管做柵電極、石墨烯做溝道的晶體管結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H01L21/336GK102354668SQ20111030848
公開(kāi)日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月12日
發(fā)明者傅云義, 尹金澤, 崔曉銳, 張興, 曹宇, 趙華波, 魏子鈞, 魏芹芹, 黃如 申請(qǐng)人:北京大學(xué)