基于干法转移的碳纳米管阵列的柔性射频器件的制备方法技术

本发明专利技术公开一种基于干法转移的碳纳米管阵列的柔性射频器件的制备方法，具体为：1）刚性支撑层制备；2）碳纳米管阵列保护层制备；3）辅助层制备；4）全剥离揭膜；5）目标衬底贴附；6）阵列薄膜热释放转移；7）残胶清洗；8）低温退火；9）自上而下的图形化；10）定义栅极区域；11）栅极的制备。本发明专利技术利用硬质刚性材料对热释放胶的剥离过程进行机械支撑，使用金属保护层避免有机胶对碳纳米管薄膜材料的污染，并构建辅助层解决前两者在转移过程中的应力匹配问题，从而实现碳纳米管阵列向柔性衬底的完全剥离，无损高质量转移，本发明专利技术所制备的射频晶体管器件可满足未来高速通讯的需求。可满足未来高速通讯的需求。可满足未来高速通讯的需求。

【技术实现步骤摘要】
基于干法转移的碳纳米管阵列的柔性射频器件的制备方法


[0001]本专利技术属于半导体工艺


技术介绍

[0002]碳纳米管（CNT）作为准一维半导体材料，具有载流子弹道输运、高迁移率、高导热和机械性能好等特点，在射频器件、传感器和柔性电子等方面有着很大的应用前景。近几年来，碳纳米管的自组装合成技术有了一定的突破，北京大学团队在4英寸硅片基底上成功制备出达到集成电路应用需求的，高密度的碳纳米管单层阵列薄膜。然而在除了硅片以外的衬底上碳纳米管阵列无法进行沉积，这极大限制了基于碳纳米管的电子器件类型和应用场景，使得碳纳米管阵列的转移技术亟需发展。
[0003]在下一代物联网通信技术发展的牵引下，射频器件向更高频和柔性化迈进，对沟道材料和器件制备工艺都提出了更高的要求，碳纳米管被认为是射频场效应晶体管的理想材料，理论上具备高频段工作的物理性能优势，有接近太赫兹(THz)范围的本征截止频率以及可柔性化的特点。然而，受限于碳纳米管阵列的物理特性，需要开发有效的碳纳米管阵列薄膜的无损转移技术，以及射频晶体管的低温制备工艺等关键技术，才能制成碳纳米管柔性射频器件，发挥其性能优势。
[0004]现有的二维材料薄膜等纳米材料的转移方法，主要基于湿法转移或传统干法转移。众所周知，由于单根碳纳米管的高机械强度，其高取向性阵列具有各相异性的力学特征，不可避免地会导致碳纳米管阵列薄膜在转移过程中应力问题突出，湿法转移置于液体后阵列排布难以保持，传统干法转移时附着于聚二甲基硅氧烷（PDMS）等薄膜难以成膜保形，因此通过现有方法无法进行碳纳米管阵列的转移，此外，带有硅衬底非全剥离的转移由于杨氏模量差异无法满足柔性弯曲的器件性能需求。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于干法转移的碳纳米管阵列的柔性射频器件的制备方法。
[0006]技术方案：本专利技术提供了一种基于干法转移的碳纳米管阵列的柔性射频器件的制备方法，具体包括如下步骤：步骤1：刚性支撑层制备：在支撑层上涂覆光刻胶，通过辊将热释放胶带不带胶的一面平铺在光刻胶上，通过加热固化将热释放胶带贴附于支撑层上；步骤2：碳纳米管阵列保护层制备：在碳纳米管阵列的上表面蒸镀一层金属薄膜，所述碳纳米管阵列沉积在硅片衬底上；步骤3：辅助层制备：在步骤2中的金属薄膜上旋涂光刻胶；步骤4：将步骤1中的热释放胶带带胶的一面贴在步骤3中的光刻胶上；步骤5：针对步骤4得到的结构，固定住硅片衬底，对刚性支撑层施加外力，使得碳纳米管阵列与硅片衬底实现完全剥离；
步骤6：将步骤5中与硅片剥离的碳纳米管阵列贴附在柔性目标衬底上；步骤7：将步骤6得到的结构置于热板上加热，使得热释放胶带受热失去粘性，从而使得刚性支撑层与带有金属薄膜的碳纳米管阵列完全剥离；得到金属薄膜
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碳纳米管阵列
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柔性目标衬底结构；步骤8：使用有机溶剂对步骤7得到的结构上的残胶进行清洗；步骤9：将清洗后的金属薄膜
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碳纳米管阵列
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柔性目标衬底结构置入烘箱进行退火；步骤10：在金属薄膜上定义并制备源、漏电极区域以及碳纳米管阵列的沟道区域；步骤11：在碳纳米管阵列的沟道区域中定义栅极区域，并通过腐蚀的方式去除栅极区域的金属薄膜；步骤12：将栅介质沉积在碳纳米管阵列的沟道区域中，并在栅介质上覆盖栅金属，形成栅极结构。
[0007]进一步的，所述支撑层为表面平整的硬质刚性材料，包括硅片，玻璃片，石英片或者塑料板。
[0008]进一步的，所述金属薄膜采用的金属为能够被化学腐蚀的金属，金属薄膜的厚度范围在10～500nm。
[0009]进一步的，所述步骤3中的光刻胶为聚甲基丙烯酸甲酯光刻胶；旋涂聚甲基丙烯酸甲酯光刻胶时转速为5000 转/分钟，烘胶固化时间大于4分钟，厚度小于1μm。
[0010]进一步的，所述柔性衬底为柔性塑料衬底，采用的塑料为苯二甲酸乙二醇酯，聚萘二甲酸乙二醇酯或者聚酰亚胺。
[0011]进一步的，所述步骤10和步骤11中采用紫外曝光、深紫外曝光、电子束直写、纳米转印或者印刷电子技术划分出源极区域，漏极区域，沟道区域和栅极区域。
[0012]进一步的，所述步骤11中采用金属腐蚀液去除栅极区域的金属薄膜，所述金属腐蚀液为基于氰化物的金属腐蚀液、碘化钾和碘的金属腐蚀液、王水、氢氟酸、硼酸溶液、盐酸溶液、硝酸溶液或者上述任意两种液体的组合。
[0013]进一步的，所述步骤8中有机溶剂为丙酮、乙酸、氯仿、二氯甲烷或N
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甲基
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吡咯烷酮乙腈中的一种溶剂或多种溶剂的组合。
[0014]有益效果：本专利技术通过适用于碳纳米管阵列的干法转移工艺，实现对碳纳米管阵列薄膜向各类衬底的无损转移，使得晶圆级面积大小的碳纳米管阵列薄膜整体完全剥离原硅片衬底，并保持良好形貌，整体转移至目标衬底，本专利技术无需通过基于溶液的湿法剥离过程，减少了碳纳米管与各类溶液接触造成的污染，同时避免了薄膜受溶液表面张力对碳纳米管阵列结构造成的破坏。本专利技术定义的转移过程保证碳纳米管阵列的材料和电学特性，从而综合提升基于碳纳米管晶体管的器件性能、形态和应用。此外，本专利技术可实现柔性碳纳米管阵列射频器件，构造用于可穿戴、脑机接口等应用的高质量的柔性碳纳米管晶体管电路，从而在保证碳纳米管晶体管的性能的前提下，拓展碳纳米管器件异质异构下的各类功能设计和集成。
附图说明
[0015]图1为本专利技术的流程图；
图2为本专利技术热释放胶带贴附在光刻胶后的结构图；图3为将碳纳米管阵列整体与硅片完全剥离的示意图；图4为将碳纳米管阵列贴付在目标柔性衬底上的结构图；图5为金属薄膜
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碳纳米管阵列
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柔性目标衬底结构的结构示意图；图6为本专利技术最终的得到的射频晶体管器件结构示意图。
[0016]附图标记说明：1，硅片；2，碳纳米管阵列；3，金属薄膜；4，辅助层；5，热释放胶带；6，支撑层；7，目标柔性衬底；8，源、漏电极；9，栅介质；10，栅金属。
具体实施方式
[0017]构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0018]如图1所示，本实施例提供了一种基于干法转移的碳纳米管阵列的柔性射频器件的制备方法，具体包括如下步骤：步骤1：刚性支撑层制备——支撑层6上涂覆光刻胶，将热释放胶带5不带胶面朝向支撑层，通过辊将其平铺并固定在硅片上，通过加热固化将热释放胶带贴附于支撑层上。
[0019]步骤2：碳纳米管阵列保护层制备——在硅片衬底1沉积的碳纳米管阵列2的上表面蒸镀一层金属薄膜3。
[0020]步骤3：辅助层制备——在金属薄膜的上面旋涂光刻胶4。
[0021]步骤4：全剥离揭膜——如图2所示将步骤1中得到的热释放胶带贴在在步骤3的光刻胶上；如图3所示固定住硅片衬底，对刚性支撑层施加外力，使得整片碳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于干法转移的碳纳米管阵列的柔性射频器件的制备方法，其特征在于：具体包括如下步骤：步骤1：刚性支撑层制备：在支撑层上涂覆光刻胶，通过辊将热释放胶带不带胶的一面平铺在光刻胶上，通过加热固化将热释放胶带贴附于支撑层上；步骤2：碳纳米管阵列保护层制备：在碳纳米管阵列的上表面蒸镀一层金属薄膜，所述碳纳米管阵列沉积在硅片衬底上；步骤3：辅助层制备：在步骤2中的金属薄膜上旋涂光刻胶；步骤4：将步骤1中的热释放胶带带胶的一面贴在步骤3中的光刻胶上；步骤5：针对步骤4得到的结构，固定住硅片衬底，对刚性支撑层施加外力，使得碳纳米管阵列与硅片衬底实现完全剥离；步骤6：将步骤5中与硅片剥离的碳纳米管阵列贴附在柔性目标衬底上；步骤7：将步骤6得到的结构置于热板上加热，使得热释放胶带受热失去粘性，从而使得刚性支撑层与带有金属薄膜的碳纳米管阵列完全剥离；得到金属薄膜
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碳纳米管阵列
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柔性目标衬底结构；步骤8：使用有机溶剂对步骤7得到的结构上的残胶进行清洗；步骤9：将清洗后的金属薄膜
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碳纳米管阵列
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柔性目标衬底结构置入烘箱进行退火；步骤10：在金属薄膜上定义并制备源、漏电极区域以及碳纳米管阵列的沟道区域；步骤11：在碳纳米管阵列的沟道区域中定义栅极区域，并通过腐蚀的方式去除栅极区域的金属薄膜；步骤12：将栅介质沉积在碳纳米管阵列的沟道区域中，并在栅介质上覆盖栅金属，形成栅极结构。2.根据权利要求1所述的基于干法转移的碳纳米管阵列的柔性射频器件的制备方法，其特征在于：所述支撑层为表面平整的硬质...

【专利技术属性】
技术研发人员：严可，杨扬，霍帅，张勇，王元，李忠辉，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十五研究所，
类型：发明
国别省市：