薄膜晶体管的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种薄膜晶体管，尤其采用碳纳米管复合膜作为半导体层的薄膜晶体 管。
【背景技术】
[0002] 近几年来，随着碳纳米管研究的不断深入，其广阔应用前景不断显现出来。例如， 由于碳纳米管所具有的独特的半导体性能，可将其应用于薄膜电子器件，比如薄膜晶体管。
[0003] 由于通过化学沉积法直接生长得到的碳纳米管为混合型的碳纳米管，其中有1/3 碳纳米管表现出金属性，因而不能作为半导体材料直接应用于薄膜电子器件。为了将碳纳 米管作为半导体材料应用于薄膜晶体管，需要将其中的金属性碳纳米管利用化学分离法去 除。然而，通过化学分离法步骤较繁琐、并且得到的电子器件的质量严重依赖化学分离的纯 度。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，确有必要提供一种采用碳纳米管复合膜作为半导体层的薄膜晶体管。
[0005] -种薄膜晶体管，其包括其包括一半导体层、一源极、一漏极、一绝缘层、及一栅 极，所述源极与漏极间隔设置且与所述半导体层电连接，所述栅极通过所述绝缘层与所述 半导体层、所述源极及漏极间隔且绝缘设置，其中，所述半导体层包括一碳纳米管复合膜， 所述碳纳米管复合膜包括多根碳纳米管和多个半导体颗粒，所述半导体颗粒均匀分布于所 述多根碳纳米管中，所述半导体颗粒与碳纳米管相互连接而形成一导电网络，所述半导体 颗粒为一半导体片，该半导体片为由多个半导体分子层组成的层状结构，其层数为1~20,所 述半导体片的面积为〇. 1平方微米~5平方微米，所述半导体片的厚度为2纳米~20纳米。
[0006] -种薄膜晶体管，其包括其包括一半导体层、一源极、一漏极、一绝缘层、及一栅 极，所述源极与漏极间隔设置且与所述半导体层电连接，所述栅极通过所述绝缘层与所述 半导体层、所述源极及漏极间隔且绝缘设置，其中，所述半导体层包括一碳纳米管复合膜， 所述碳纳米管复合膜包括多根碳纳米管和多个半导体颗粒，所述半导体颗粒均匀分布于所 述多根碳纳米管中，所述半导体颗粒与碳纳米管同时参与导电的过程，所述半导体颗粒的 分布密度为5个每平方微米~10个每平方微米。
[0007] 本发明提供的薄膜晶体管具有以下优点：首先，由于在碳纳米管中掺杂半导体颗 粒，碳纳米管与半导体颗粒电连接，该半导体颗粒抑制了所述碳纳米管中金属特性的表达， 从而使得所述碳纳米管复合膜整体表现良好的半导体性能；其次，可通过选择P型或N型的 半导体颗粒，而得到P型或N型单极性的薄膜晶体管。
【附图说明】
[0008] 图1是本发明所述碳纳米管复合膜的结构示意图。
[0009] 图2是本发明所述碳纳米管复合膜的扫描电镜照片。
[0010] 图3是所述半导体颗粒的透射电镜照片。
[0011] 图4是本发明所述碳纳米管复合膜的制备方法的流程图。
[0012] 图5是本发明所述薄膜晶体管的结构示意图。
[0013] 图6是本发明将半导体比例为95%的碳纳米管沉积得到的碳纳米管复合膜作为半 导体层的薄膜晶体管的电子转移特性的测试图。
[0014] 图7是本发明将半导体比例为2/3的碳纳米管沉积得到的碳纳米管复合膜作为半 导体层的薄膜晶体管的电子转移特性的测试图。
[0015] 图8是本发明提供的薄膜晶体管的制备方法流程图。
[0016] 主要元件符号说明
如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。
【具体实施方式】
[0017] 以下将结合附图详细说明本发明实施例的碳纳米管复合膜、碳纳米管复合膜的制 备方法以及薄膜晶体管。
[0018] 请参阅图1，为本发明第一实施例提供的碳纳米管复合膜10,该碳纳米管复合膜 10包括多根碳纳米管11和多个半导体颗粒12。所述半导体颗粒12均匀分布于所述多根 碳纳米管11中。所述碳纳米管复合膜10可通过一基底13承载。
[0019] 请参阅图2,所述碳纳米管11呈无序分布于所述基底13的表面。该多个半导体颗 粒12与所述碳纳米管11相接触。具体的，该多个半导体颗粒12可位于单根碳纳米管11 的表面或者两个相互间隔的碳纳米管11之间。相邻的两根碳纳米管11可通过一半导体颗 粒12电连接。所述半导体颗粒12与碳纳米管11相互连接而形成一导电网络。
[0020] 该多根碳纳米管11可为相互间隔、相互缠绕或相互搭接。当相邻的两根碳纳米管 11相互间隔时，所述半导体颗粒12可分散于该相互间隔的碳纳米管11之间，并且与相互间 隔的碳纳米管11分别接触，即该相互间隔的碳纳米管11通过半导体颗粒12电连接形成一 导电通路。当所述碳纳米管复合膜10的两端加载电压时，由于相互间隔的碳纳米管11通 过半导体颗粒12电连接，因而所述半导体颗粒12与碳纳米管11同时参与导电过程，而形 成导电网络。所述碳纳米管11与半导体颗粒12相接触的面积不限，只要所述半导体颗粒 12与所述碳纳米管11接触实现电连接即可。
[0021] 所述半导体颗粒12与碳纳米管11接触是指该半导体颗粒12与所述碳纳米管11 至少部分重合而形成一连续的导电通路。可以理解，所述碳纳米管复合膜10可存在多个半 导体颗粒12与碳纳米管11部分重叠且连续而形成多个导电通路。如图2所示，所述多个 半导体颗粒12与相邻的碳纳米管11相互重叠且连续可形成多个曲线形或直线形的导电通 路。
[0022] 所述碳纳米管11的分布密度为5根每平方微米~15根每平方微米，以保证有足够 数量的碳纳米管11参与导电网络的形成。所述半导体颗粒12在所述碳纳米管复合膜10 中所占的面积为30%~50%。具体的，所述半导体颗粒的分布密度为5个每平方微米~10个每 平方微米，以避免当半导体颗粒12较少时难以连接相邻的相互间隔的碳纳米管11的情形， 同时保证所述碳纳米管复合膜10中参与导电的主体仍为碳纳米管。本实施例中，所述碳纳 米管11的分布密度为5根每平方微米~10根每平方微米，所述半导体颗粒12在所述碳纳 米管复合膜10中所占的面积为30%~40%，所述半导体颗粒的分布密度为5个每平方微米~7 个每平方微米。
[0023] 所述半导体颗粒12的材料可为过渡金属硫化物、过渡金属氧化物、非金属氮化物 等，例如：MoS2、WS2、WSe2、WTe2、BN、Mn0 2、ZnO、MoSe2、MoTe2、TaSe2、NiTe 2、Bi2Te3 等。其中 P 型的半导体材料有WS2、WSe2、WTe2等。N型的半导体的材料有MoS 2、BN、Mn02、Zn0、MoTe2等。 可以理解，当采用不同的半导体材料分布于碳纳米管11中，可相应得到表现出P型或N型 的碳纳米管复合膜。
[0024] 所述半导体颗粒12的形状不限，可为类三角形、类四边形、类多边形、或不规则形 状。请参阅图3,所述半导体颗粒12为一厚度较小而面积较大的半导体片。所述半导体片 的面积大小为〇. 1平方微米飞平方微米，优选为，0. 1平方微米~3平方微米。所述半导体 片的厚度为2纳米~20纳米，优选为，2纳米~10纳米。所述半导体片为从具有数百层分子 层的层状的半导体材料剥离得到的片状结构，其面积与厚度的比值较大而呈一薄片状。优 选的，所述半导体片的面积与厚度的比值的范围为3X IO5纳米~ 4X IO5纳米，以保证所述 半导体片具有足够的长度及宽度而连接相互间隔的碳纳米管11。具体的，所述半导体片为 一具有较少数层半导体分子层的层状结构。所述半导体分子层是指一个半导体分子的单层 结构，其厚度为一个分子的厚度。所述半导体片中半导体分子层的层数为1~1〇〇，优选的， 1~20。由于所述半导体片的半导体分子层层数较少，因而所述半导体片的厚度与碳纳米管 11的直径接近，得到的碳纳米管复合膜10为一厚度均匀的纳米级的薄膜结构。当该碳纳米 管复合膜10应用于薄膜晶体管的半导体层时，由于所述半导体片具有较少数层半导体分 子层，因而容易被栅极调制。
[0025] 本实施例中，所述半导体颗粒12的材料为MoS2，所述半导体颗粒12的形状为类四