柔性碳纳米管晶体管的制备方法技术

本发明专利技术提供了柔性碳纳米管晶体管的制备方法，包括：在基底上制备柔性背栅衬底；将单壁碳纳米管的平行阵列转移至柔性背栅衬底表面；利用电击穿法去除金属性的单壁碳纳米管；利用光刻和刻蚀工艺去除部分电击穿电极，形成源/漏电极结构；在柔性背栅衬底上形成栅介质层；栅介质层将柔性背栅衬底表面、单壁碳纳米管平行阵列和源/漏电极图形覆盖住；在栅介质层表面形成顶栅电极；在源/漏电极图形上引出源/漏电极；去除基底，形成柔性碳纳米管晶体管。本发明专利技术的方法，发挥了半导体性单壁碳纳米管的高迁移率的本征特性，直接改进电击穿电极使其能够作为后续的源/漏电极结构，简化了工艺步骤，提高了器件性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种。
技术介绍
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(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。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。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，这使得碳纳米管也是制备柔性电子器件的理想材料，目前已经有众多研究结果展示了利用半导体性单壁碳纳米管所制备的柔性晶体管及其潜在的应用成果(T.Takahashi, et.al, Nano Lett.2011, 11, 5408 - 5413 ；D.-M.Sun, et.al, Nature Nanotech.2011, 6, 156-161 ；C.Wang, et.al, Nano Lett.2012, 12, 1527-1533 ；C.Wang, et.al, Nature Mater ial s2013, 12, 899-904 ；D.-M.Sun, et.al, NatureCommun.2013，4:2302, 1_8)，这些研究工作所报道的柔性碳纳米管晶体管基本都是基于薄膜或网络状的半导体性碳纳米管，虽然其器件性能相比有机半导体材料已经有极大提升，但是在碳纳米管薄膜或网络中存在大量的管与管之间的交叉连接，这极大地抑制了碳纳米管本身的高迁移率特性，从而使得器件性能很难实现大幅提升。可以想象，要使半导体碳纳米管发挥高迁移率的输运特性，必须保证源/漏电极之间的每根碳纳米管的完整性，即源/漏电极之间必须是单根或平行阵列的半导体性碳纳米管。但是，到目前为止，在柔性衬底上制备高性能的基于平行阵列的单壁碳纳米管晶体管的工艺还未得到广泛研究，如果能够在柔性衬底上制备基于平行阵列的单壁碳纳米管晶体管，并且与现有的硅基集成电路的制备工艺完全兼容，则在不增加成本的前提下，就能够提高柔性晶体管的性能和可靠性。
技术实现思路
为了克服以上问题，本专利技术的目的是通过将单壁碳纳米管平行阵列转移在柔性背栅衬底上，并采用光刻和刻蚀工艺制备源/漏电极、栅电极，从而制备出基于单壁碳纳米管平行阵列的柔性碳纳米管晶体管，提高现有的柔性碳纳米管晶体管的性能和可靠性。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种，其包括:提供一基底，在所述基底上制备柔性背栅衬底；将单壁碳纳米管的平行阵列转移至所述柔性背栅衬底表面；在所述单壁碳纳米管平行阵列的表面制备电击穿电极，利用电击穿法去除金属性的所述单壁碳纳米管；其中，所述电击穿电极具有与所述碳纳米管垂直的部分和平行的部分；利用光刻和刻蚀工艺去除所述电击穿电极与所述单壁碳纳米管平行的部分，所述电击穿电极与所述单壁碳纳米管垂直的部分形成源/漏电极结构；在所述柔性背栅衬底上形成栅介质层；所述栅介质层将所述柔性背栅衬底表面、所述单壁碳纳米管平行阵列和所述源/漏电极结构覆盖住；在所述栅介质层表面且对应于所述源/漏电极结构之间的空隙上方形成顶栅电极；在所述栅介质层中且对应于所述源/漏电极结构上方引出源/漏电极；去除所述基底，形成所述柔性碳纳米管晶体管。优选地，利用梳状电极作为电击穿时的电极，采用所述电击穿法去除所述金属性的单壁碳纳米管的过程包括:在所述碳纳米管平行阵列表面制备梳状电极，所述梳状电极的梳齿垂直于所述单壁碳纳米管平行阵列；在所述柔性背栅衬底表面引出背栅电极；利用电击穿技术去除所述金属性的所述单壁碳纳米管。优选地，引出所述背栅电极的方法，包括:在所述柔性背栅衬底表面涂覆光刻胶层；经光刻工艺，在光刻胶层中形成背栅电极接触孔图案；再经刻蚀工艺，在所述背栅衬底中形成背栅电极接触孔图案；在所述光刻胶层和所述背栅衬底层中的背栅电极接触孔图案中填充金属，再将所述光刻胶层去除，从而引出所述背栅电极；其中，所述单壁碳纳米管与所述背栅电极不接触。优选地，在引出所述背栅电极之前，还包括:采用光刻和刻蚀工艺，刻蚀掉靠近所述背栅电极接触孔图案的碳纳米管的部分，使所述单壁碳纳米管与所述背栅电极图案不接触。优选地，利用所述电击穿技术去除所述金属性的所述单壁碳纳米管包括以下步骤:在所述背栅电极上施加正偏压，以耗尽半导体性的单壁碳纳米管；在所述梳状电极两端施加电压或电流，以烧断金属性的单壁碳纳米管。优选地,所述梳状电极的材料为Ti/Au或Ti/Pd,制备所述梳状电极的方法包括采用光刻和金属剥离工艺。优选地，在所述基底上制备柔性背栅衬底，包括以下步骤:在所述基底表面涂布液态柔性材料，并将所述液态柔性材料烘干形成柔性衬底；在所述柔性衬底表面沉积背栅金属层；[0031 ] 在所述背栅金属层表面沉积背栅介质层。优选地，去除所述基底的方法，包括:直接将所述柔性背栅衬底从所述基底表面剥离下来。优选地，将单壁碳纳米管的平行阵列转移至所述柔性背栅衬底表面的方法，包括:在石英衬底上生长单壁碳纳米管平行阵列；在所述石英衬底上沉积金薄膜，所述金薄膜将所述单壁碳纳米管平行阵列覆盖并粘附住；在所述金薄膜表面粘附一层热解材料层；揭拉所述热解材料层，所述热解材料层粘附着所述金薄膜和所述单壁碳纳米管平行阵列一起从所述石英衬底表面分离下来；将带有所述单壁碳纳米管平行阵列的热解材料层表面对准所述柔性背栅衬底表面，并将所述热解材料层按压在所述柔性背栅衬底表面；加热所述热解材料层，并将所述热解材料层从所述金薄膜表面剥离下来；刻蚀去除所述金薄膜。优选地，所述源/漏电极的引出方法，包括:在所述栅介质层表面且位于所述源/漏电极图形上方涂覆光刻胶层；经光刻工艺，在光刻胶层中形成源/漏电极图案；再经刻蚀工艺，在所述栅介质层中形成源/漏电极接触孔图案；在所述光刻胶层和所述栅介质层中的源/漏电极接触孔图案中填充金属，再将所述光刻胶层去除，从而引出所述源/漏电极。本专利技术所提出的，将单壁碳纳米管平行阵列转移至柔性背栅衬底表面，并利用电击穿法原位去除金属性的单壁碳纳米管，保留半导体性的单壁碳纳米管，所制备的器件结构保证了源/漏电极之间半导体性单壁碳纳米管的完整性，从而发挥了半导体性单壁碳纳米管的高迁移率的本征特性，确保了器件性能的大幅提升。并且，在电击穿法中，米用具有与单壁碳纳米管相互垂直部分和平行部分的电击穿电极，在完成电击穿之后，直接原位将与单壁碳纳米管相平行部分的电击穿电极去除，保留相垂直部分的电击穿电极，从而无需再另行制备源/漏电极材料，即可在单根或平行阵列的半导体性单壁碳纳米管两端连接有源/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性碳纳米管晶体管的制备方法，其特征在于，包括：提供一基底，在所述基底上制备柔性背栅衬底；将单壁碳纳米管的平行阵列转移至所述柔性背栅衬底表面；在所述单壁碳纳米管平行阵列的表面制备电击穿电极，利用电击穿法去除金属性的所述单壁碳纳米管；其中，所述电击穿电极具有与所述碳纳米管垂直的部分和平行的部分；利用光刻和刻蚀工艺去除所述电击穿电极与所述单壁碳纳米管平行的部分，所述电击穿电极与所述单壁碳纳米管垂直的部分形成源/漏电极结构；在所述柔性背栅衬底上形成栅介质层；所述栅介质层将所述柔性背栅衬底表面、所述单壁碳纳米管平行阵列和所述源/漏电极结构覆盖住；在所述栅介质层表面且对应于所述源/漏电极结构之间的空隙上方形成顶栅电极；在所述栅介质层中且对应于所述源/漏电极结构上方引出源/漏电极；去除所述基底，形成所述柔性碳纳米管晶体管。

【技术特征摘要】
1.一种柔性碳纳米管晶体管的制备方法，其特征在于，包括: 提供一基底，在所述基底上制备柔性背栅衬底； 将单壁碳纳米管的平行阵列转移至所述柔性背栅衬底表面； 在所述单壁碳纳米管平行阵列的表面制备电击穿电极，利用电击穿法去除金属性的所述单壁碳纳米管；其中，所述电击穿电极具有与所述碳纳米管垂直的部分和平行的部分；利用光刻和刻蚀工艺去除所述电击穿电极与所述单壁碳纳米管平行的部分，所述电击穿电极与所述单壁碳纳米管垂直的部分形成源/漏电极结构； 在所述柔性背栅衬底上形成栅介质层；所述栅介质层将所述柔性背栅衬底表面、所述单壁碳纳米管平行阵列和所述源/漏电极结构覆盖住； 在所述栅介质层表面且对应于所述源/漏电极结构之间的空隙上方形成顶栅电极； 在所述栅介质层中且对应于所述源/漏电极结构上方引出源/漏电极； 去除所述基底，形成所述柔性碳纳米管晶体管。2.根据权利要求1所述的柔性碳纳米管晶体管的制备方法，其特征在于，利用梳状电极作为电击穿时的电极，采用所述电击穿法去除所述金属性的单壁碳纳米管的过程包括: 在所述碳纳米管平行阵列表面制备梳状电极，所述梳状电极的梳齿垂直于所述单壁碳纳米管平行阵列； 在所述柔性背栅衬底表面引出背栅电极； 利用电击穿技术去除所述金属性的所述单壁碳纳米管。3.根据权利要求2所述的柔性碳纳米管晶体管的制备方法，其特征在于，引出所述背栅电极的方法，包括: 在所述柔性背栅衬底表面涂覆光刻胶层； 经光刻工艺，在光刻胶层中形成背栅电极接触孔图案； 再经刻蚀工艺，在所述背栅衬底中形成背栅电极接触孔图案； 在所述光刻胶层和所述背栅衬底层中的背栅电极接触孔图案中填充金属，再将所述光刻胶层去除，从而引出所述背栅电极；其中，所述单壁碳纳米管与所述背栅电极不接触。4.根据权利要求3所述的柔性碳纳米管晶体管的制备方法，其特征在于，在引出所述背栅电极之前，还包括:采用光刻和刻蚀工艺，刻蚀掉靠近所述背栅电极接触孔图案的碳纳米管的部分，使所述单壁碳纳米管与所述背栅电极图案不接触。5.根据权利要求2所述的柔性碳纳米管晶体管的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭奥，任铮，胡少坚，周伟，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31