专利名称：场效应晶体管、电气元件阵列以及它们的制造方法
技术领域：
本发明涉及场效应晶体管(FET)或者薄膜晶体管(TFT)，特别涉及使用包括碳纳米管的半导体层的FET和电气元件阵列。
背景技术：
目前，在用于平板显示器领域的场效应晶体管(FET)或薄膜晶体管(TFT)领域中，靠在其间作为通道干预的半导体而彼此绝缘的源极与漏极之间的切换通过作用于栅极的电压控制。商业化的TFT装置实际采用非晶硅(a-Si)或低温多晶硅作为半导体并且用氧化硅或氮化硅作为栅极绝缘层。为了依据这些技术制造出例如显示器等设备，常需要高温制造工艺。
而且，随着平板显示器技术的发展，需要具有机械挠性、抗冲击性并且节省资源的更轻基板。然而，要经历温度超过200℃的制造工艺限制了塑料板和树脂膜达到这些要求。
近年来，还发现了有机半导体场效应晶体管(有机FET)，它们使用表现半导体性能的有机材料。使用有机材料使得制造薄膜装置的工艺温度低于通常的a-Si和低温多晶硅的制造工艺温度。因此，可以期待的是，可以制造薄膜装置而不需要以高成本制备使用硅基材料的工艺所需的设施。另外，没有高温步骤的制造工艺便于使用具有机械挠性的塑料板和树脂薄膜作为基板，从而可以使得显示器和移动设备像薄片或纸张。
使用例如并五苯的低分子有机半导体作为有机FET的情况下，通道的载流子迁移率小于低温多晶硅基半导体层，其值为大约0.1至3cm2/Vs(例如，非专利文献1)。然而，当晶体界面增加或结晶度退化的时候，载流子迁移率降低，使得作为TFT的实际使用失败。
为了应对这个问题，还报道了FET(CNT-FET)使用碳纳米管(CNT)作为半导体层，碳纳米管具有纳米结构，由碳制成并具有极好的导电性和韧性。CNT-FET具有大的载流子迁移率，可获得大约1,000至1,500cm2/Vs(例如非专利文献5)。利用这种CNT大载流子迁移率的优点，专利文献1使用CNT作为FET。
已知一旦CNT-FET暴露在空气中，它们就显示p-型的性能。它们可以通过真空加热或者碱金属处理而转变成为n-型。然而，当它们暴露在氧气或水中，它们就返回p-型(非专利文献2)。在非专利文献3中，提出可以通过例如聚乙烯亚胺等亚胺基聚合物处理CNT从而制造出即使是在空气中也稳定的CNT-FET。
当将CNT用作FET的半导体时，优选地可以根据电路的设计在同一基板上制造出p-型和n-型。非专利文献4提出了在同一基板上布置p-型和n-型CNT的两种方法，从而制造出逻辑非电路(非门)。非专利文献4提出的一种方法如下在通过在基板预定位置布置CNT制备的电路中，对于应当是n-型的FET布线图案使用光刻树脂保护，随后在200℃真空加热10小时，从而使所有CNT-FET再次转变为n-型。随后，将其暴露在10-3托的氧气中3分钟，使得未被树脂保护的FET变为p-型，从而制成非门。非专利文献4提出的另一种方法如下在通过在基板预定位置布置CNT制备的电路中，对于应当是p-型的FET布线图案使用光刻树脂保护，随后蒸发钾，使得未被树脂保护的FET转化为n-型，从而制成非门。
—专利文献1JP2003-17503A—非专利文献1C.D.Dimitrakopoulos et al.J.Appl.Phys.80，第2501-2508页(1996)—非专利文献2V.Derycke et al.Appl.Phys.80，第2773-2775页(2002)—非专利文献3Moonsub Shim et al.J.Am.Chem.Soc.123，第11512-11513页(2001)—非专利文献4V.Derycke et al.Nano Lett.1，第453-456页(2001)—非专利文献5S.Rosenblatt et al.Nano Lett.2，第869-872页(2002)如上所述，为了制造在同一基板上包括p-型和n-型CNT-FET的电路，除了通过保护光刻形成布线图案的复杂工艺之外，需要在p-型/n-型之间转变性能的工艺，如非专利文献4提出的。另外，如果使用例如钾的金属将CNT转变为n-型，就需要控制钾蒸发的量，从而减少源极和漏极之间的漏泄电流。另外，尽管非专利文献4没有提到，当紧随通过保护光刻形成布线图案使用钾转变为n-型时，还需要来自空气的保护覆盖，从非专利文献2中可以明显看出。这样，根据在同一基板上制造包括p-型和n-型CNT-FET电路的常规方法，装置必须长时间经历耗时的真空加热工艺从而制造n-型的CNT，或者在使用例如钾等金属的情况下，必须设计某些措施以减少漏泄电流。另外的问题是，需要整体包括形成布线图案、转变性能以及密封的复杂工艺。
发明内容
为了解决这些通常的问题，本发明提供了一种可以在空气中稳定的场效应晶体管和电气元件阵列，它们可以通过比常规工艺更简单的、允许在同一基板上制造出包括p-型和n-型CNT-FET电路的工艺制造。
本发明的场效应晶体管包括在基板上形成的栅极；在栅极上形成的栅极绝缘层；在栅极绝缘层上形成的源极和漏极；包括碳纳米管的n-型半导体层，它形成在源极和漏极之间从而与源极和漏极接触；以及在n-型半导体层上形成的n-型改性聚合物层，n-型改性聚合物层用于将碳纳米管的极性从p-型原始极性变为n-型并使极性稳定。
本发明的电气元件阵列包括基板；以及在基板上形成的n-型场效应晶体管和p-型场效应晶体管。n-型场效应晶体管包括基板上形成的栅极；在栅极上形成的栅极绝缘层；在栅极绝缘层上形成的源极和漏极；包括碳纳米管的n-型半导体层，它形成在源极和漏极之间从而与源极和漏极接触；以及在n-型半导体层上形成的n-型改性聚合物层，n-型改性聚合物层用于将碳纳米管的极性从p-型原始极性变为n-型并使极性稳定。p-型场效应晶体管包括在基板上形成的栅极；在栅极上形成的栅极绝缘层在栅极绝缘层上形成的源极和漏极；包括碳纳米管的p-型半导体层，它形成在源极和漏极之间从而与源极和漏极接触。
本发明的制造场效应晶体管的方法包括步骤在基板上形成栅极；在栅极上形成栅极绝缘层；在栅极绝缘层上形成源极和漏极；在栅极绝缘层上并且在源极与漏极之间形成包括碳纳米管的半导体层；以及通过喷墨的方法分配在半导体层上形成n-型改性聚合物层，n-型改性聚合物层用于将碳纳米管的极性从p-型原始极性变为n-型并使极性稳定。
本发明的制造在基板上包括n-型场效应晶体管和p-型场效应晶体管的电气元件阵列的方法包括步骤在基板上形成栅极；在栅极上形成栅极绝缘层；在栅极绝缘层上形成源极和漏极；在栅极绝缘层上并且在源极与漏极之间形成包括碳纳米管的半导体层；以及通过喷墨的方法分配只在应当转变为n-型的一部分半导体层上形成n-型改性聚合物层，n-型改性聚合物层用于将碳纳米管的极性从p-型原始极性变为n-型并使极性稳定。
图1A是本发明示例1的场效应晶体管的横截面视图。
图1B是图1A的电路图。
图2是根据本发明示例1的场效应晶体管的制造工艺示意图。
图3是本发明示例2的场效应晶体管的横截面视图。
图4是所示现有示例1中场效应晶体管的制造工艺示意图。
图5是所示现有示例2中场效应晶体管的制造工艺示意图。
具体实施例方式
本发明的场效应晶体管包括在基板上形成的栅极；在栅极上形成的栅极绝缘层在栅极绝缘层上形成的源极和漏极；包括碳纳米管的n-型半导体层，它形成在源极和漏极之间从而与源极和漏极接触；在n-型半导体层上形成的n-型改性聚合物层，该n-型改性聚合物层用于将碳纳米管的极性从p-型的原始极性变为n-型并使极性稳定。这种构造即使在空气中也可以防止n-型半导体层转化为p-型，因此即使在空气中也可以获得稳定的晶体管性能。
n-型改性聚合物优选地是包含亚胺氮的聚合物。优选地是聚亚烷基亚胺作为包含亚胺氮的聚合物。特别地，聚亚烷基亚胺优选地是从包括聚乙烯亚胺、聚丙烯亚胺和聚丁烯亚胺的组中选择至少一种。
还可以在n-型半导体层上形成树脂保护薄膜。这种构造可以保护装置免受空气中湿度的影响，因此加强了耐久性。
n-型改性聚合物层优选地用喷墨的方法形成。通过喷墨的方法施加溶解在溶剂中的聚合物，可以在细微区域中精确地施加。
本发明的电气元件阵列包括基板；以及在基板上形成的n-型场效应晶体管和p-型场效应晶体管。n-型场效应晶体管包括基板上形成的栅极；在栅极上形成的栅极绝缘层在栅极绝缘层上形成的源极和漏极；包括碳纳米管的n-型半导体层，它形成在源极和漏极之间从而与源极和漏极接触；在n-型半导体层上形成的n-型改性聚合物层，n-型改性聚合物层用于将碳纳米管的极性从p-型的原始极性变为n-型并使极性稳定。p-型场效应晶体管包括在基板上形成的栅极；在栅极上形成的栅极绝缘层在栅极绝缘层上形成的源极和漏极；包括碳纳米管的p-型半导体层，它形成在源极和漏极之间从而与源极和漏极接触。这种构造即使在空气中也可以防止n-型半导体层转化为p-型并使p-型半导体层保持为p-型，因此即使在空气中也可以获得稳定的晶体管性能。
n-型改性聚合物优选地是包含亚胺氮的聚合物。优选地是聚亚烷基亚胺作为包含亚胺氮的聚合物。特别地，该聚亚烷基亚胺优选地是从包括聚乙烯亚胺、聚丙烯亚胺和聚丁烯亚胺的组中选择至少一种。
还可以在n-型半导体层上形成树脂保护薄膜。这种构造可以保护装置免受空气中湿度的影响，因此加强了耐久性。
n-型改性聚合物层优选地用喷墨的方法形成。通过喷墨的方法施加溶解在溶剂中的聚合物，可以在细微的区域中精确地施加。
在p-型半导体层上优选地形成不包含亚胺氮的聚合物。对于不包含亚胺氮的聚合物，可以使用如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMP)的丙烯酸树脂、环氧树脂、聚烯烃、聚酯、聚碳酸脂、聚苯乙烃、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚偏氰乙烯和聚乙烯醇以及可以用作栅极绝缘薄膜的树脂。另外，可与CNT形成电荷转移复合物从而将CNT转换为p-型的树脂也是可用的。
还可以在p-型半导体层上形成树脂保护薄膜。这种构造可以保护装置免受空气中湿度的影响，因此加强了耐久性。
n-型改性聚合物层和不包含亚胺氮的聚合物优选地用喷墨的方法形成。通过喷墨的方法施加溶解在溶剂中的聚合物，可以在细微的区域中精确地施加。
本发明制造场效应晶体管方法包括的步骤有在基板上形成栅极；在栅极上形成栅极绝缘层；在栅极绝缘层上形成源极和漏极；在栅极绝缘层上并且在源极与漏极之间形成包括碳纳米管的半导体层；以及通过喷墨的方法分配在半导体层上形成n-型改性聚合物层，n-型改性聚合物层用于将碳纳米管的极性从p-型的原始极性变为n-型并使极性稳定。因此，相对于常规的技术，可以更简单而精确地制造n-型CNT-FET，并且可以提供即使在空气中稳定的CNT-FET电路。
用于在基板上制造包括n-型场效应晶体管和p-型场效应晶体管的电气元件阵列的方法包括的步骤有在基板上形成栅极；在栅极上形成栅极绝缘层；在栅极绝缘层上形成源极和漏极；在栅极绝缘层上并且在源极与漏极之间形成包括碳纳米管的半导体层；以及通过喷墨的方法分配只在应当转变为n-型的一部分半导体层上形成n-型改性聚合物层，n-型改性聚合物层用于将碳纳米管的极性从p-型的原始极性变为n-型并使极性稳定。
因此，相对于常规技术，可以更简单地制造在同一基板上包括p-型和n-型CNT-FET的电路，并且可以提供即使在空气中也稳定的CNT-FET电路。另外，由于形成半导体层的两种性能都不需要高温工艺，可以使用树脂基板。
这里要注意，不背离本发明的精髓或本质特征的情况下，上述的装置或构造可以相互结合。
下面叙述本发明的示例和比较例。
(示例1)作为本发明示例1的下面示例的情形，其中制造的电气元件阵列包括由p-型FET和n-型FET构成的非门。图1A示意性示出了构造有本发明示例1的场效应晶体管示例电路(非门)的截面。图1B是它的电路图。图1A中，附图参考标记101表示基板，而102表示电路中有p-型和n-型FET的栅极，用作非门的输入。输入栅极102的电压可以在p-型半导体层105和n-型半导体层108之间切换，从而使得正电源电极106和负电源电极109中一个的电压输出至输出电极104。使用碳纳米管(CNT)作为p-型半导体层和n-型半导体层。栅极102通过栅极绝缘层103与其他电极和半导体层绝缘。在p-型半导体层105上，形成了由聚甲基丙烯酸甲酯制成的p-型半导体保护层107。在n-型半导体层108上，形成了由聚乙烯亚胺制成的n-型半导体保护层110。
在这里注意，包含p-型半导体层105的p-型FET中的栅极、源极和漏极分别是栅极102、源极106(或104)以及漏极104(或106)。包含n-型半导体层108的n-型FET中的栅极、源极和漏极分别是栅极102、源极109(或104)以及漏极104(或109)。
接下来，将参考图2A至C叙述图1A和B的非门制造方法。首先，在图1A所示的基板101上形成栅极102的布线图案，并在其上形成栅极绝缘薄膜103。然后，在栅极绝缘薄膜103上形成正电源电极106、负电源电极109和输出电极104。尽管栅极绝缘薄膜103优选地在不会导致缺少耐压的范围内更薄，但是为了制造的原因，这个示例中作为栅极绝缘层103的SiO2厚度设定为100nm。为了制造的原因，本示例中正/负电源电极与输出电极之间的距离设置为1μm，但是只要布线图案可行，它可以随意设置。尽管由于布线的原因，本示例中输出电极的宽度设置为50μm，但FET也可以在更薄的电极宽度下工作。使用0.5mm厚的聚酰亚胺作为基板101。使用0.7到1μm厚的金作为相应的栅极、正电源电极和负电源电极，在与CNT接触的部分其厚度更薄。
接下来，将散布在溶剂中的CNT施加在正电源电极106、负电源电极109和输出电极104的布线图案已在其上形成的整个基板表面上，随后干燥。在这个示例中，二氯甲烷被用作溶剂，但是也可以使用其他溶剂，只要CNT能散布在其中。本示例中的浓度被设定为质量百分比为2％，但是也可以自由选择浓度，只要可以在电极上布置CNT。使用超声波净化器作用5分钟超声波从而散布CNT。这样，在正电源电极106、负电源电极109和输出电极104之间，分别布置了半导体(CNT)层105和108(图2A)。尽管图2A中在正电源电极106与输出电极104之间以及负电源电极109与输出电极104之间以外的部分也形成了CNT，但是省略了其图示。未示出的CNT在电极之间具有大的距离，因此它们没有用作半导体层。电极之间的布线的图示也被省略了。
接下来，制备包含溶解在甲苯中、作为p-型半导体保护剂的质量百分比为7％的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA；平均分子量为46,000至93,000)的墨水以及包含溶解在甲醇中、作为n-型半导体保护剂的质量百分比为6％的聚乙烯亚胺(平均分子量为10,000)的墨水，其中聚乙烯亚胺是n-型改性聚合物。用喷墨的方法将这些墨水作为p-型半导体保护层404和n-型半导体保护层405分别施加(图2B)。p-型半导体保护层404和n-型半导体保护层405基本为直径大约为20至40μm的圆形。这时，部分聚乙烯亚胺渗透进入半导体(CNT)层，从而形成n-型半导体保护层，同时半导体(CNT)层的性能转变为n-型。因此，不需要特别的转变性能的工艺。在干燥后，p-型半导体保护层和n-型半导体保护层的厚度都为约6至8μm。尽管将喷墨方法作为简单技术从而将半导体保护剂施加在相应的选定部分，但是也可以使用其他能够实现这种选择施加的方法进行制造。根据本示例，CNT的半导体性能转变与半导体保护层形成同时进行，从而简化了制造工艺。最终，设置保护层403以保护整个装置，从而可获得构造有CNT-FET的电路(图2C)。使用用于钝化薄膜(由Asahi Kasei EMD公司制造的“Pimel”(商品名称))的光致固化聚酰亚胺树脂作为保护层403，其厚度为30至100μm。
对于所获得的非门，在正电源电极106上作用+2.4V并在负电源电极109上作用-2.4V。当在输入电极102上作用+4V时，输出电极的电压是-1.6V。当在输入电极上作用-4V时，输出电极的电压是+1.6V。这样，就颠倒了输入和输出的电极，因此实现了逻辑非的操作。在这里，输出电压的绝对值小于输入电压的绝对值，是因为这个示例中栅极绝缘薄膜的厚度设置得更大。
由于非门电路对于正负输入正常运行，发现构造电路的p-型和n-型的CNT-FET都起作用，并且p-型和n-型的性能通过半导体保护层404和405分配给了CNT-FET。这是因为如果构成电路的两个CNT-FET具有相同极性，那么它们可以在输入一个极性时正常工作，但是在输入相反极性时输出实际为0V。
在本示例1中，用非门作为示例电路。然而，由于本示例可以简易地制造在同一基板上包括p-型和n-型FET并且在空气中稳定的电路，该电路并不限于非门。除了逻辑非，本示例还可用于逻辑或、逻辑与、和等于它们结合的逻辑电路，以及作为转换电路包括在矩阵型面板中一部分显示电路、和信息记录或信息读取电路。本示例所示的制造方法特别有利于在单一基板上提供多个FET元件，因此制造用于这些的电路特别有效。
在本示例1中，使用PMMA作为CNT-FET的半导体保护层。然而，由于PMMA对于极性的确定没有作用，它可以用保护层403替代，从而有保护层403兼起这个功能的作用。这里要注意，优选地设置不对确定极性起作用的半导体保护层，以利用其缓冲功能，保护半导体在保护层403叠加的过程中不受机械和热应力，并且保护半导体在装置运行或储存过程中不受机械和热应力。
在本示例中，由于使用在空气中处理的p-型CNT，使用PMMA作为p-型CNT-FET的保护层。然而，在通过靠真空加热将CNT转化为n-型的情况下，使用碱金属/碱土金属处理或者用例如亚胺和酰亚胺的含氮官能团处理，PMMA也可以用作CNT-FET的保护层。这是因为PMMA不会对极性的确定起作用。
尽管在本示例中将PMMA用作p-型半导体保护层，但是任何不会对极性确定起作用的树脂都可以同样使用。例如聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚偏氰乙烯、聚乙烯醇等类似物，也可以为此使用作为栅极绝缘薄膜的树脂。另外，能够与CNT形成电荷转移复合物以将CNT转化为p-型的树脂也可以用作p-型半导体保护层。
尽管聚乙烯亚胺[-(CH2-C(CH＝NH)H)n-](其中n表示聚合度)被用作将CNT的性能转化为n-型半导体的半导体保护层，也可以使用其他亚胺基树脂。在亚胺基树脂中，优选地使用聚乙烯亚胺，因为它可大量制造并易于获得。然而，也可以使用聚亚烷基亚胺例如聚丙烯亚胺和聚丁烯亚胺以及其他亚胺基树脂。
尽管本示例中设置了保护层403，FET也可以没有保护层403而工作。因此，如果电路构造在除了电路还包括其他组件的装置中，保护层403可以省略，省略的部分可以由整个装置的保护来补偿。优选地设置保护层403，因为该层可以防止来自装置外侧和内侧的机械作用、由于例如构造装置的各元件之间的不同热膨胀系数的热作用、由于从环境侵入或者包含在装置构造中的化学物质的作用导致的FET损坏。
尽管在本示例中使用聚酰亚胺作为基板，但也可以使用例如聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二酯聚酯等聚酯及其他柔性基板，或者也可使用例如玻璃和硅等非柔性基板。本示例可以使用任何材料作为基板，只要可以在其上形成装置。
尽管在本示例中使用金作为电极，为了加强与基板的粘合，也可以使用包括其他金属例如包括钛的叠加结构，或者使用除金以外的其他金属例如铬、钴和镍作为电极。另外，也可以使用例如聚噻吩和聚吡咯的导电聚合物以及例如TTF-TCNQ的电荷转移复合物来代替金属。另外，各电极的材料可以彼此不同，并可提供其他材料层来加强半导体与电极之间的界面接合，电极的厚度没有特别限定，这些因素都没有影响本示例的精髓。
本示例CNT-FET被示例为场效应晶体管，它包括栅极绝缘层、与栅极绝缘层相接触的半导体层、与栅极绝缘层相接触而不与半导体层相接触的栅极、与半导体层的至少一侧相接触并且将栅极夹在它们之间的源极和漏极，它是在基板上设置栅极的底栅型场效应晶体管。然而，类似的顶栅型场效应晶体管也可以实施，其栅极设置在相对于半导体层的基板的相反侧上，而且电极的布置并不影响本示例的精髓。
(示例2)除了p-型半导体层、n-型半导体层以及它们保护层以外的构造都与示例1相同地制造。就是说，在基板101上形成栅极102的布线图案，在栅极102上形成栅极绝缘层103。然后，在栅极绝缘层103上，制造输出电极104、正电源电极106和负电源电极109。此后，如图3所示，制备包含溶解在甲苯中、质量百分比为1％的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA；平均分子量为46,000至93,000)的墨水以及溶解在甲醇中、质量百分比为1.5％的聚乙烯亚胺(平均分子量为10,000)的墨水，用喷墨的方法将这些墨水分别作为p-型半导体接触层112(PMMA层)和n-型半导体接触层113(聚乙烯亚胺层)施加。在施加这些聚合物之后，在这些聚合物干燥之前，沉积CNT从而使得部分或所有CNT被推入这些聚合物中，因此形成了p-型的CNT-FET半导体层(对应于112)以及性能已转换为n-型的CNT-FET半导体层(对应于113)。p-型半导体层和n-型半导体层大体上为直径20-40μm的圆形。这时，当CNT与聚乙烯亚胺相接触时，随后CNT的性能同时转变为n-型，因此不需要特别的转变性能的工艺。在干燥后，p-型半导体层和n-型半导体层的厚度为约0.3至2μm。
接下来，设置保护层403以保护整个装置，从而可以获得构造有CNT-FET的电路。使用用于钝化薄膜(由Asahi Kasei EMD公司制造的“Pimel”(商品名称))的光致固化聚酰亚胺树脂作为保护层403，其厚度为30至100μm。
由此获得的场效应晶体管100同示例1一样正常工作。
(比较例1)下面根据图4A至C叙述常规制造方法作为比较例。本方法是基于非专利文献4提出的方法。
与示例1相同，在基板上设置栅极、栅极绝缘体和半导体(CNT)层201(图4A)。将PMMA施加在CNT201上作为保护，随后曝光、硬化并去除，从而提供了防止掺杂物的保护掩模202(图4B)。在这里，保护掩模202被设置在对应于将是n-型CNT-FET的位置。随后，将其留在真空中200℃保持10小时，从而将所有CNT都从p-型转化为n-型。然在如上所述获得其中布置了p-型和n-型CNT-FET的电路之后，设置保护层303(图5C)。这样，相对于比较例1，比较例2可以缩短性能转变的工艺。然而，比较例2的步骤数多于示例1至2，因为需要转变性能的步骤。这是因为示例1至2可以在制造保护掩模的步骤同时进行性能的转变。另外，在进行比较例2的转变为n-型的步骤时，使用了诸如碱金属和钙的化合物，这不能在空气中操作。相反地，示例1至2中使用的化合物可以在空气中处理。从这些方面可以理解，相对于比较例2，示例1至2可更加简单地制造出同一基板上包括p-型和n-型CNT-FET的电路。
工业实用性本发明适用于多种电子设备例如使用切换元件、驱动电路、控制电路等的薄片或纸张状的显示装置；使用半导体电路装置的移动设备；例如无线IC标记的一次性设备；记录设备或其他电子设备，以及其他工业领域。因此，本发明的工业实用性非常广泛。
权利要求
1.一种场效应晶体管，包括在基板上形成的栅极；在栅极上形成的栅极绝缘层；在栅极绝缘层上形成的源极和漏极；包括碳纳米管的n-型半导体层，它形成在源极与漏极之间从而与源极和漏极接触；在n-型半导体层上形成的n-型改性聚合物层，n-型改性聚合物层用于将碳纳米管的极性从p-型原始极性变为n-型并使极性稳定。
2.如权利要求1所述的场效应晶体管，其特征在于，所述n-型改性聚合物是包含亚胺氮的聚合物。
3.如权利要求2所述的场效应晶体管，其特征在于，所述包含亚胺氮的聚合物是聚亚烷基亚胺。
4.如权利要求3所述的场效应晶体管，其特征在于，所述聚亚烷基亚胺是由聚乙烯亚胺、聚丙烯亚胺和聚丁烯亚胺构成的组中选择至少一种。
5.如权利要求1所述的场效应晶体管，其特征在于，还包括在所述n-型改性聚合物层上形成的树脂保护薄膜。
6.如权利要求1所述的场效应晶体管，其特征在于，所述n-型改性聚合物通过喷墨的方法形成。
7.一种电气元件阵列，包括基板；以及形成在基板上的n-型场效应晶体管和p-型场效应晶体管；其中，n-型场效应晶体管包括基板上形成的栅极；在栅极上形成的栅极绝缘层；在栅极绝缘层上形成的源极和漏极；包括碳纳米管的n-型半导体层，它形成在源极与漏极之间从而与源极和漏极接触；以及在n-型半导体层上形成的n-型改性聚合物层，n-型改性聚合物层用于将碳纳米管的极性从p-型原始极性变为n-型并使极性稳定；其中，p-型场效应晶体管包括在基板上形成的栅极；在栅极上形成的栅极绝缘层；在栅极绝缘层上形成的源极和漏极；包括碳纳米管的p-型半导体层，它形成在源极与漏极之间从而与源极和漏极接触。
8.如权利要求7所述的场效应晶体管，其特征在于，所述n-型改性聚合物是包含亚胺氮的聚合物。
9.如权利要求8所述的场效应晶体管，其特征在于，所述包含亚胺氮的聚合物是聚亚烷基亚胺。
10.如权利要求9所述的场效应晶体管，其特征在于，所述聚亚烷基亚胺是从由聚乙烯亚胺、聚丙烯亚胺和聚丁烯亚胺构成的组中选择至少一种。
11.如权利要求7所述的场效应晶体管，其特征在于，还包括在所述n-型改性聚合物层上形成的树脂保护薄膜。
12.如权利要求7所述的场效应晶体管，其特征在于，所述n-型改性聚合物通过喷墨的方法形成。
13.如权利要求7所述的电气元件阵列，其特征在于，还包括在p-型半导体层上形成的由不包含亚胺氮的聚合物制成的保护层。
14.如权利要求13所述的电气元件阵列，其特征在于，所述不包含亚胺氮的聚合物是从由丙烯酸树脂、环氧树脂、聚烯烃、聚酯、聚碳酸脂、聚苯乙烃、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚偏氰乙烯和聚乙烯醇构成的组中选择至少一种。
15.如权利要求13所述的电气元件阵列，其特征在于，所述n-型改性聚合物层和不包含亚胺氮的聚合物是通过喷墨的方法形成。
16.一种制造场效应晶体管方法，包括步骤在基板上形成栅极；在栅极上形成栅极绝缘层；在栅极绝缘层上形成源极与漏极；在栅极绝缘层上、并且在源极与漏极之间形成包括碳纳米管的半导体层；以及通过喷墨的方法分配在半导体层上形成n-型改性聚合物层，n-型改性聚合物层用于将碳纳米管的极性从p-型原始极性变为n-型并使极性稳定。
17.如权利要求16所述的制造场效应晶体管方法，其特征在于，所述n-型改性聚合物是包含亚胺氮的聚合物。
18.如权利要求17所述的制造场效应晶体管方法，其特征在于，所述包含亚胺氮的聚合物是聚亚烷基亚胺。
19.如权利要求18所述的制造场效应晶体管方法，其特征在于，所述聚亚烷基亚胺是从由聚乙烯亚胺、聚丙烯亚胺和聚丁烯亚胺构成的组中选择至少一种。
20.一种制造在基板上包括n-型场效应晶体管和p-型场效应晶体管的电气元件阵列的方法，包括步骤在基板上形成栅极；在栅极上形成栅极绝缘层；在栅极绝缘层上形成源极与漏极；在栅极绝缘层上、并且在源极与漏极之间形成包括碳纳米管的半导体层；以及通过喷墨的方法分配只在应当转变为n-型的一部分半导体层上形成n-型改性聚合物层，n-型改性聚合物层用于将碳纳米管的极性从p-型原始极性变为n-型并使极性稳定。
全文摘要
本发明的场效应晶体管包括在基板上形成的栅极；在栅极上形成的栅极绝缘层在栅极绝缘层上形成的源极和漏极；包括碳纳米管的n－型半导体层，它形成在源极和漏极之间从而与源极和漏极接触；在n－型半导体层上形成的n－型改性聚合物层，该n－型改性聚合物层用于将碳纳米管的极性从p－型原始极性变为n－型并使极性稳定。CNT的半导体性能转变与半导体保护层形成同时进行，从而简化了制造工艺。因此可以提供即使在空气中也稳定的CNT－FET电路。
文档编号H01L29/786GK1784788SQ20048001194
公开日2006年6月7日 申请日期2004年11月30日 优先权日2003年12月8日
发明者七井识成, 竹内孝之 申请人:松下电器产业株式会社