基于弯曲碳纳米管的场效应晶体管制造技术

本实用新型专利技术涉及半导体器件，公开了一种基于弯曲碳纳米管的场效应晶体管。在本实用新型专利技术的场效应晶体管中，弯曲的碳纳米管从源极穿过沟道区延伸到漏极，基于弯曲碳纳米管的场效应晶体管可以将场效应晶体管的尺寸做到几个纳米级别，并且在电子输运方面保持良好的性能。

Field effect transistors based on curved carbon nanotubes

The utility model relates to a semiconductor device, and discloses a field effect transistor based on bent carbon nanotubes. In the field effect transistor of the utility model, the curved carbon nanotube extends from the source pole through the channel region to the drain, and the field effect transistor based on the curved carbon nanotube can make the size of the field effect transistor at several nanoscale levels, and maintain good performance in the electron transport.

【技术实现步骤摘要】
基于弯曲碳纳米管的场效应晶体管
本技术涉及半导体器件，特别涉及基于弯曲碳纳米管的场效应晶体管。
技术介绍
随着半导体集成电路中集成度的提高，对高性能小尺寸的电子器件有着非常迫切的需求。然而，本申请的专利技术人发现，现有的晶体管中源极、漏极和沟道层的材料几乎都是基于硅。随着尺寸缩小，硅基场效应管面临着接触电阻增大，以及越来越严重的量子隧穿效应，从而影响器件的正常性能。所以器件的尺寸不能或极难做到几个纳米级别。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种基于弯曲碳纳米管的场效应晶体管，可以将尺寸做得很小并且在电子输运方面保持良好的性能。为解决上述技术问题，本技术的实施方式公开了一种基于弯曲碳纳米管的场效应晶体管，包括衬底、栅极、位于栅极与衬底之间的绝缘层和位于栅极两侧的源极、漏极，弯曲的碳纳米管从源极穿过源极与漏极之间的沟道区延伸到漏极，绝缘层覆盖沟道区中的碳纳米管。本技术实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：在本技术的基于弯曲碳纳米管的场效应晶体管中，弯曲的碳纳米管从源极穿过沟道区延伸到漏极，基于弯曲碳纳米管的场效应晶体管可以将场效应晶体管的尺寸做到几个纳米级别，并且在电子输运方面保持良好的性能。进一步地，选择单壁或多壁碳纳米管，可以适应不同尺寸的场效应晶体管。附图说明图1是本技术第一实施方式中一种基于弯曲碳纳米管的场效应晶体管的结构示意图。图2是本技术第一实施方式中一种基于弯曲碳纳米管的场效应晶体管的俯视图。具体实施方式在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。并且，说明书中提到的各技术特征之间都可以互相组合(除非产生矛盾)，以构成新的或优选的技术方案。为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术的实施方式作进一步地详细描述。碳纳米管(carbonnanotube，简写CNT)是六边形碳结构连接的一维纳米材料，具有许多异常的力学、电学和化学性能，自90年代被发现以来，便是电子器件微型化的主要研究材料，比如用在薄膜晶体管、存储器、传感器、微电子互连等领域。由于碳纳米管的复杂能带结构，基于碳纳米管的场效应晶体管(fieldeffecttransistor，简写FET)具有高的开关比率，特别是小直径的碳纳米管。同时随着尺寸的缩小，基于碳纳米管的场效应晶体管具有较小的接触电阻以及良好的热传导率，在室温下具有良好的器件性能。在现有的晶体管中有少量基于直状碳纳米管的晶体管。然而，在碳纳米管的制造过程中，产生弯曲或应变的碳纳米管是不可避免的。本申请的专利技术人意外地发现，除了可以对直状碳纳米管进行利用外，还可以把这些弯曲的碳纳米管制成新型的场效应晶体管器件，可以在将器件尺寸做得更小的同时在电子输运方面相对于硅基晶体管和基于直状碳纳米管的场效应晶体管都具有更优的性能。本技术第一实施方式涉及一种基于弯曲碳纳米管的场效应晶体管。图1和图2分别是该基于弯曲碳纳米管的场效应晶体管的结构示意图和俯视图。如图1和图2所示，该场效应晶体管包括衬底(1)、栅极(2)、位于栅极(2)与衬底(1)之间的绝缘层(3)和位于栅极(2)两侧的源极(4)、漏极(5)。可以理解，上述衬底可以为半导体衬底(Si衬底、SiC衬底等)。上述栅极可以为多晶硅或金属。上述绝缘层可以采用二氧化硅、氮氧化硅等高介电常数的材料。弯曲的碳纳米管从源极(4)穿过源极(4)与漏极(5)之间的沟道区(6)延伸到漏极(5)，绝缘层(3)覆盖沟道区(6)中的碳纳米管。可选地，上述碳纳米管的弯曲度不大于45度。优选地，上述碳纳米管的弯曲度是30度至45度。更优选地，上述碳纳米管的弯曲度是45度。上述碳纳米管的弯曲度越靠近45度，其电子输运性能越好。在本申请的各个实施例方式中，碳纳米管可以为单根或多根。当碳纳米管为多根时，多根碳纳米管的弯曲度相同。碳纳米管的长度可以为几个纳米到几百纳米，直径可以为1纳米到几十纳米，其可以根据具体需求进行选取。在一个实施例中，对于小尺寸(例如沟道区的长度为几个纳米～十几纳米)的场效应晶体管，可以选用单壁碳纳米管；对于大尺寸(例如沟道区的长度为几十纳米～几百纳米)的场效应晶体管，可以选用多壁碳纳米管。根据碳纳米管的长度、直径和弯曲度等参数，场效应晶体管的尺寸变化范围可以极大，既可以制成栅极长度约为10纳米左右或更短的器件，极大提高集成电路的集成度，也可以制成较大尺寸的晶体管。由图2可以清晰看到，弯曲碳纳米管为该场效应晶体管的主要部分，其分为三个区域：源极、沟道区和漏极。对这三个区域分别进行掺杂，即可得到例如NPN型器件：源极和漏极为N型碳纳米管，可以采用氮等V族元素进行掺杂；沟道区为P型，可以采用硼等III族元素进行掺杂。需注意的是，图2为了清晰起见，去除了覆盖碳纳米管的绝缘层。相对于N型沟道区，P型沟道区的性能更加稳定。可以理解，该场效应晶体管还包括第一电极(7)和第二电极(8)，第一电极(7)与源极(4)连接，第二电极(8)与漏极(5)连接。在第一电极(7)、第二电极(8)和栅极(2)上分别加上电压，当栅极电压大于开启电压时，第一电极(7)和第二电极(8)之间即有电流导通。各电极可以为金属，例如铜、金、铂等。在本技术的基于弯曲碳纳米管的场效应晶体管中，碳纳米管从源极穿过沟道区延伸到漏极并相对于沟道区的长度方向呈一角度，基于弯曲碳纳米管的场效应晶体管可以将场效应晶体管的尺寸做到几个纳米级别，并且在电子输运方面保持良好的性能。相比直状碳纳米管场效应管，本技术中基于弯曲碳纳米管的场效应管在电子输运方面具有更高的性能，例如具有更高的电子透射率等，在45度弯曲条件下，随着P型沟道区长度的增大，电子透射率可以增加60％以上。由于碳纳米管具有良好的热传导率，本技术的场效应管也具有很好的散热性能。虽然通过参照本技术的某些优选实施方式，已经对本技术进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本技术的精神和范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于弯曲碳钠米管的场效应晶体管，包括衬底(1)、栅极(2)、位于所述栅极(2)与所述衬底(1)之间的绝缘层(3)和位于所述栅极(2)两侧的源极(4)、漏极(5)，其特征在于，弯曲的碳纳米管从所述源极(4)穿过所述源极(4)与所述漏极(5)之间的沟道区(6)延伸到所述漏极(5)，所述绝缘层(3)覆盖所述沟道区(6)中的碳纳米管。

【技术特征摘要】
1.一种基于弯曲碳钠米管的场效应晶体管，包括衬底(1)、栅极(2)、位于所述栅极(2)与所述衬底(1)之间的绝缘层(3)和位于所述栅极(2)两侧的源极(4)、漏极(5)，其特征在于，弯曲的碳纳米管从所述源极(4)穿过所述源极(4)与所述漏极(5)之间的沟道区(6)延伸到所述漏极(5)，所述绝缘层(3)覆盖所述沟道区(6)中的碳纳米管。2.根据权利要求1所述的场效应晶体管，其特征在于，所述碳纳米管的弯曲度为不大于45度。3.根据权利要求2所述的场效应晶体管，其特征在于，所述碳纳米管的弯曲度是30度至45度。4.根据权利要求3所述的场效应晶体管，其特征在于，所述碳纳米管的弯曲度是45度。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：陈江钗，吴泽文，龚奎，
申请(专利权)人：鸿之微科技上海股份有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31