基于碳纳米管的射频设备制造技术

还提供了基于高性能碳纳米管(CNT)的毫米波晶体管技术和基于该技术的单片毫米波集成电路(MMICs)及其制造方法和工艺。与现有的GaAs、SiGe和RF

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于碳纳米管的射频设备


[0001]本专利技术一般涉及用于制造基于高性能碳纳米管(CNT)的毫米波晶体管和单片毫米波集成电路(MMICs)的方法和系统，以及基于此的设备和装置。

技术介绍

[0002]射频(RF)功率放大器商业应用的主要驱动力是智能手机和平板电脑。例如，现代智能手机包含4到5个功率放大器，它们是基于互补金属氧化物半导体(CMOS)设备，带有III
‑
V化合物半导体和绝缘体上的硅开关。随着4G技术的日益普及，全球无线手机产量从2010年的15亿部稳步增长到2015年的20多亿部。此外，无线连接平板电脑的生产正在快速增长，从2010年的800万台增长到2015年的3亿多台，预计到2020年将超过5亿台。功率放大器的其他商业市场包括基站、卫星通信和全球定位系统设备，预计这些设备需要更大和更快的数据传输和接收要求。对于LTE基站市场，2015年的收入预计为6亿美元，到2020年将超过14亿美元。据估计，机对机卫星通信市场在2014年估计价值约为30亿美元，预计到2019年将达到48亿美元左右。这代表了移动通信和计算消费设备中对更高和更快的数据传输能力的日益增长的需求。因此，为了支持对更大数据带宽的日益增长的需求，需要当前技术的持续增强以及具有卓越低功率和高线性度的下一代功率放大器原型的新发展。

技术实现思路

[0003]在许多实施方式中，本专利技术涉及用于制造基于高性能碳纳米管(CNT)的毫米波晶体管和单片毫米波集成电路(MMICs)的方法和系统，以及基于它们的设备和装置。<br/>[0004]许多实施方式针对基于碳纳米管的射频设备，包括:
[0005]·
在其表面上设置有平行纳米信道阵列的基板；
[0006]·
源电极和漏电极，设置在基板上，并限定其中设置有纳米信道的信道；
[0007]·
多个单独定向的电子纯单手性单壁碳纳米管，其直径分布窄，设置在纳米信道内并直接桥接信道；
[0008]·
设置在碳纳米管阵列与源电极和漏电极之间的共轭电解质层；和
[0009]·
设置在信道内的至少一个栅电极。
[0010]在许多实施方式中，碳纳米管具有至少99％的纯度，长度大于1微米，直径大于0.7纳米，直径分布为
±
0.1纳米。
[0011]在许多实施方式中，碳纳米管的直径约为1.6纳米
±
0.1纳米。
[0012]在许多实施方式中，碳纳米管被布置在纳米信道内，使得各个单独的碳纳米管之间没有点交叉。
[0013]在许多实施方式中，纳米信道具有至少1微米的长度和60纳米的宽度。
[0014]在许多实施方案中，纳米信道用聚赖氨酸(poly(L
‑
lysine))功能化。
[0015]在还有许多实施方式中，碳纳米管密度约为每微米10至30个碳纳米管。
[0016]在许多实施方式中，栅电极选自T栅极、背栅和嵌入式背栅。
[0017]在还有许多实施方式中，纳米信道由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料形成。
[0018]在仍有许多实施例中，该装置具有ION/W&gt;500mA/mm、ION/IOFF&gt;1000、f
T
和f
max
&gt;50GHz以及比其1dB压缩功率(P1dB)至少高10dB的三阶交调截距(third
‑
order intercept)(IP3)。
[0019]各种实施方式涉及形成基于碳纳米管的顶栅射频设备的方法，包括:
[0020]·
提供基板并形成多个纳米信道；
[0021]·
将多个直径分布窄的单独定向的电子纯单手性单壁碳纳米管置于纳米信道内，形成碳纳米管阵列；
[0022]·
清洗碳纳米管阵列以去除不需要的碳纳米管；
[0023]·
在碳纳米管阵列顶上沉积漏极预焊盘(pre
‑
pad)和源极预焊盘(pre
‑
pad)，以在所述漏极和所述源极预焊盘之间形成信道，并且使得碳纳米管阵列直接桥接所述信道；
[0024]·
在碳纳米管阵列顶部的信道内形成电介质栅电极结构；
[0025]·
在碳纳米管阵列顶部沉积界面共轭电解质层；和
[0026]·
在漏极预焊盘、源极预焊盘、栅电极结构和界面层上沉积一组导电源极、漏极和栅电极层，以将电极和碳纳米管阵列电互连。
[0027]在其他各种实施方案中，该方法还包括通过迭代梯度超速离心纯化纯的单手性单壁碳纳米管，使得碳纳米管具有至少99％的纯度、大于1微米的长度和大于0.7纳米的直径，直径分布为
±
0.1纳米。
[0028]在又一些实施方式中，形成碳纳米管阵列还包括:
[0029]·
在基板顶上沉积抗电子束层；
[0030]·
通过电子束蚀刻在抗电子束层中形成多个纳米信道；
[0031]·
用聚赖氨酸材料使信道功能化；
[0032]·
清洗功能化的信道；
[0033]·
在功能化信道上沉积碳纳米管的溶液，其中该溶液是由一种或多种表面活性剂分散的碳纳米管的混合物；
[0034]·
烘烤基板；
[0035]·
清洗烘烤过的基板以去除多余的碳纳米管；和
[0036]·
从基板上去除抗电子束材料。
[0037]在其他各种实施方案中，表面活性剂是胆酸钠和十二烷基磺酸钠。
[0038]在其他各种实施方式中，碳纳米管被布置在纳米信道内，使得各个单独的碳纳米管之间没有点交叉。
[0039]一些实施方式涉及形成基于碳纳米管的背栅射频设备的方法，包括:
[0040]·
提供基板并在其上形成漏极、源极和栅极预焊盘以限定信道；
[0041]·
在预焊盘上沉积一层电介质；
[0042]·
在介电层顶上形成多个纳米信道，并在纳米信道内设置多个单独定向的具有窄分布直径的电子纯单手性单壁碳纳米管，形成直接桥接所述信道的碳纳米管阵列；
[0043]·
清洗碳纳米管阵列以去除不需要的碳纳米管；
[0044]·
在碳纳米管阵列顶部沉积界面共轭电解质层；和
[0045]·
在漏极预焊盘、源极预焊盘和界面层上沉积一组导电源极、漏极和栅极电极层，
以将电极和碳纳米管阵列电互连。
[0046]在一些实施方式中，该方法还包括通过迭代梯度超速离心纯化纯的单手性单壁碳纳米管，使得碳纳米管具有至少99％的纯度、大于1微米的长度和大于0.7纳米的直径，直径分布为
±
0.1纳米。
[0047]在一些实施方式中，形成碳纳米管阵列还包括:
[0048]·
在介电层顶上沉积抗本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种基于碳纳米管的射频设备，包括:在其表面上设置有平行纳米信道阵列的基板；源极和漏极，设置在基板上，并限定了其中设置有纳米信道的信道；多个单独定向的电子纯单手性单壁碳纳米管，其具有窄的直径分布，设置在纳米信道内并直接桥接信道；设置在碳纳米管阵列与源极和漏极之间的共轭电解质层；和设置在信道内的至少一个栅极。2.根据权利要求1所述的射频设备，其中所述碳纳米管具有至少99％的纯度，&gt;1微米的长度，&gt;0.7纳米的直径，其直径分布为
±
0.1纳米。3.根据权利要求1所述的射频设备，其中所述碳纳米管的直径约为1.6纳米
±
0.1纳米。4.根据权利要求1所述的射频设备，其中所述碳纳米管被布置在纳米信道内，使得各个单独的碳纳米管之间没有点交叉。5.根据权利要求1所述的射频设备，其中所述纳米信道具有至少1微米的长度和60纳米的宽度。6.根据权利要求1所述的射频设备，其中所述纳米信道用聚赖氨酸功能化。7.根据权利要求1所述的射频设备，其中所述碳纳米管密度为每微米约10至30个碳纳米管。8.根据权利要求1所述的射频设备，其中，所述栅极选自T栅极、背栅和嵌入式背栅。9.根据权利要求1所述的射频设备，其中所述纳米信道由PMMA材料形成。10.根据权利要求1所述的射频设备，其中所述设备具有大于500mA/mm的ION/W、大于1000的ION/IOFF、大于50GHz的f
T
和f
max
，以及比其1dB压缩功率(P1dB)高至少10dB的三阶交调截距(IP3)。11.一种形成基于碳纳米管的顶栅射频设备的方法，包括:提供基板并形成多个纳米信道；将多个直径分布窄的单独定向的电子纯单手性单壁碳纳米管置于纳米信道内，形成碳纳米管阵列；清洗碳纳米管阵列以去除不需要的碳纳米管；在碳纳米管阵列顶上沉积漏极预焊盘和源极预焊盘，以在所述漏极和所述源极预焊盘之间形成信道，并且使得碳纳米管阵列直接桥接所述信道；在碳纳米管阵列顶部的信道内形成电介质栅极结构；在碳纳米管阵列顶部沉积界面共轭电解质层；和在漏极预焊盘、源极预焊盘、栅极结构和界面层上沉积一组导电源极、漏极和栅极层，以将电极和碳纳米管阵列电互连。12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括通过迭代梯度超速离心纯化纯的单手...

【专利技术属性】
技术研发人员：李华平，
申请(专利权)人：阿汤姆H二零有限责任公司，
类型：发明
国别省市：