碳纳米管薄膜晶体管及其制作方法_2

文档序号:9889976阅读:来源:国知局
果是容易理解的,即在形成于所有所述凸起之上的碳纳米管层中,任意两个所述凸起之间区域的碳纳米管排布的均匀程度基本一致,增加了整体碳纳米管层的均一性。
[0035]为了更好地对碳纳米管的排列方向进行限制,可以将相邻两个凸起的间距设定为小于所述碳纳米管层中所有碳纳米管的平均长度。这是因为受到各种因素的影响,目前的碳纳米管的长度相差比较大,为达到将大多数碳纳米管的排列方向都限制在大致与源极和漏极之间的沟道区域的长度方向(源漏方向)平行的目的,可以将所有碳纳米管的平均长度作为一个长度比对值,如果满足凸起的间距小于该长度比对值这一条件,即可实现将大多数碳纳米管的排列方向约束为与源极和漏极之间的沟道区域的长度方向(源漏方向)大致平行。为了更好地满足这一条件,可以将每相邻两个凸起之间的间距的范围设定为5nm?2000nm。
[0036]同样地,为了更好地对碳纳米管的排列方向进行限制,可以将每个所述凸起的宽度设定为小于所述碳纳米管层中所有碳纳米管的平均长度。这样设计的好处与将相邻两个凸起的间距设定为小于所述碳纳米管层中所有碳纳米管的平均长度的做法类似,都是为了实现将大多数碳纳米管的排列方向约束为与所述源极和漏极之间的沟道区域的长度方向(源漏方向)大致平行这一目的。但是,在本发明实施例中,并不对每个凸起的宽度的范围值做出限定。而且,在实际应用中,每个凸起的宽度既可以相同,也可以不同。
[0037]本发明实施例提供的碳纳米管薄膜晶体管中,还设置有栅极和栅极绝缘层,其中,所述栅极绝缘层设置在所述栅极和所述碳纳米管层之间。
[0038]对于所述多个凸起的设置方式,本发明实施例给出了两种:
[0039](I)所述多个凸起设置于所述栅极上,所述多个凸起采用与所述栅极相同的材料,所述多个凸起与所述栅极一体成型。也就是说,所述多个凸起是可以直接在现有的平坦表面形状栅极上进行重新设计得到的,在实际应用中,采用掩膜工艺和光刻蚀工艺即可形成金属一体的栅极和凸起。
[0040](2)所述多个凸起设置于所述栅极绝缘层上,所述多个凸起采用与所述栅极绝缘层相同的材料,所述多个凸起与所述栅极绝缘层一体成型。也就是说,这种方式中,仍然采用与现有技术相同的平坦表面形状栅极,当在平坦表面形状栅极上形成栅极绝缘层时一体成型出所述多个凸起。
[0041]需要说明的是,不管采用方式(I)或是方式(2),都方便于工艺制作,不会增加工艺复杂度。
[0042]对应于上述碳纳米管薄膜晶体管,本发明实施例还提供了一种碳纳米管薄膜晶体管的制作方法。图3是根据本发明实施例的碳纳米管薄膜晶体管的制作流程示意图,如图3所示,该流程包括以下步骤(步骤S302-步骤S304):
[0043]步骤S302、在对应源极和漏极之间的沟道区域间隔形成多个带状凸起,所述多个凸起沿所述沟道的宽度方向依次排列,所述凸起沿所述沟道的长度方向延伸;
[0044]步骤S304、在所述多个凸起及相邻凸起之间的间隔区域上形成一碳纳米管层。
[0045]在形成该碳纳米管薄膜晶体管的过程中,还需要形成栅极,并且,还需要在所述栅极和所述碳纳米管层之间形成一栅极绝缘层。基于此,在本发明实施例提供的碳纳米管薄膜晶体管的制作方法中,对于所述凸起的形成过程,可以采用以下两种方式之一:
[0046](I)先采用相同的材料一体成型出栅极和所述多个凸起,再在所述栅极和所述多个凸起上形成栅极绝缘层。
[0047]也就是说,所述多个凸起是可以直接在现有的平坦表面形状栅极上进行重新设计得到的,在实际应用中,采用掩膜工艺和光刻蚀工艺即可形成金属一体的栅极和凸起。
[0048](2)先形成栅极,再采用相同的材料,在所述栅极上一体成型出栅极绝缘层和所述多个凸起。
[0049]也就是说,这种方式仍然采用与现有技术相同的平坦表面形状栅极,当在平坦表面形状栅极上形成栅极绝缘层时,可以一体成型出所述多个凸起。
[0050]采用上述两种方式之一,都不会增加工艺复杂度。
[0051]为了便于理解上述碳纳米管薄膜晶体管的制作过程,以下结合附图4和附图5对碳纳米管薄膜晶体管的制作过程进行更加详细的描述。
[0052]图4是根据本发明实施例的碳纳米管薄膜晶体管的制备过程示意图,请示意性参考图4(图4仅示出了几个主要步骤),碳纳米管薄膜晶体管的制作过程通过以下步骤实现:
[0053](I)在衬底上制备对准标记,并为了达到较好的制备效果,还可以对衬底表面预先清洗以提高成膜质量,其中,清洗方式可以是臭氧清洗,超声清洗,表面活性剂清洗,或氨水+双氧水清洗等方式,为了增强衬底和薄膜间的吸附力,还可以进一步对衬底表面进行化学修饰。
[0054]在实际工艺中,可以对衬底表面进行以下处理:对制备衬底所需要的基片进行清洗,清洗方式可以分为干法和湿法,其中,干法可以采用臭氧、氧等离子体等方式对基片进行清洗,湿法可以采用酸洗(例如,硫酸硝酸等)、有机溶剂洗(丙酮、酒精、NMP等)、RCA-SC1Clean(热氨水+双氧水)洗等方式。
[0055](2)通过光刻和镀膜工艺,制备底栅电极下半部分(即未形成所述凸起之前的底栅电极)。
[0056]在实际工艺中,首先在衬底上通过光刻工艺,再制备栅极下部的图形,由于栅极的下部与普通底栅晶体管的栅极相同,故可采用相同的光刻版,即光刻+镀膜+刻蚀或光刻+镀膜+lift-off的方式,得到底栅下部图形,其中,底栅的材料可以是金属(例如铝、铜、金),导电玻璃(例如ITO或有机导电化合物)。
[0057](3)在底栅电极下半部分的上面再次进行光刻和镀膜,制备出底栅电极上半部分(即所述凸起),至此在衬底上形成了具有上述凸起的底栅电极。
[0058]在实际工艺中,一般可以采用沿源极和漏极之间的沟道区域的长度方向(源漏方向)的条带,即沿源极和漏极之间的沟道区域的长度方向再次光刻和镀膜制备出具有一定厚度的条状图形。这种条状图形和底栅的下部即组成了凹凸结构(即上述凸起和凸起之间的平面)。选用不同的宽度对得到碳管的形貌和取向分布有很大影响,因此,需要针对不同的碳纳米管以及不同的器件需求设计条带的宽度(凸起宽度)和间距(凸起间距)。同时凸起的高度对碳管的形貌也有影响,如果高度太小,则沿垂直条带方向碳管的沉积不受阻拦,也得不到取向的效果。因此,镀膜厚度也要根据需求调整。例如,针对1.4um平均长度的碳管,采用750nm的条带宽度(即凸起宽度)和750nm的条带间距(即凸起间距),200nm的镀膜厚度(即凸起的高度)可以得到很好的碳纳米管排布方式。
[0059]而且,底栅电极材料可以为金属、导电玻璃、重掺杂半导体、或有机导电化合物。而如上述内容所述,底栅电极上半部分和底栅电极下半部分均可以采用相同的底栅电极材料,这样便于工艺成型,简化工艺复杂度。而且,该凸起的形状可以是直的,也可以是波浪型的,或其它形状,只要大致方向与源极和漏极之间的沟道区域的长度方向平行即可。
[0060]需要说明的是,因为需要得到的是沿源极和漏极之间的沟道区域的长度方向(也即电流方向)排列的碳纳米管,所以可以采用与源极和漏极之间的沟道区域的长度方向平行的条带作为栅极顶部,这些条带的宽度和间距对应于整个底栅凸起和凸起之间的凹槽部分的宽度,无论二者哪个宽度小于碳管的长度,都会对碳管沿源极和漏极之间的沟道区域的长度方向排列有积极作用,通过调节这两个宽度,可以得到取向角度不同的碳纳米管。其中,凸起的高度值是阻碍碳管沿垂直所需方向排列的因素,在实际应用中需要依据晶体管所需参数和工艺条件选取。
[0061](4)通过ALD(Atomic Layer Deposit1n,原子层沉积)的方式在具有上述凸起的底栅电极上生长出栅介质。
[0062]其中
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