专利名称：具有载流子俘获材料的单极纳米管及有其的场效应晶体管的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有载流子俘获材料的将双极纳米管特性转变成单极纳米管特性的单极碳纳米管以及具有该单极纳米管的场效应晶体管。
背景技术：
纳米管场效应晶体管由于其良好的电特性而广泛用于电应用。然而，纳米管场效应晶体管通常表现出双极电特性，这对于器件应用是不期望的。
p型碳纳米管场效应晶体管(CNT FET)可以通过在蚀刻栅极氧化物层之后“V”形切割被蚀刻区域之下的硅衬底而实现，如Yu-Ming Lin，JoergAppenzeller和Phaedon Avouris在NANO LETTERS(2004，Vol.4，No.5，pp947-950)的文章“The Transformation of Ambipolar CNT FET to UnipolarCNT FET”中所公开的。
然而，上述方法需要复杂的制造工艺。
发明内容
本发明提供一种纳米管，其中双极特性通过载流子俘获材料容易地转变成单极特性。
本发明还提供具有该纳米管的场效应晶体管。
根据本发明的一个方面，提供一种单极碳纳米管，包括碳纳米管；以及载流子俘获材料，密封在该碳纳米管中，其中该载流子俘获材料掺杂该碳纳米管。
该载流子俘获材料是卤素分子，且该碳纳米管可以是p型。
该卤素分子可以是Br或I分子。
该卤素分子可以分别由奇数个卤素原子构成。
该载流子俘获材料可以是电子施主分子，该碳纳米管是n型碳纳米管。
该电子施主分子可以是碱金属分子或碱土金属分子。
该电子施主分子可以是Cs或Ba分子。
根据本发明另一方面，提供一种单极场效应晶体管，包括源电极和漏电极；栅极；绝缘层，其将该栅极与该源和漏电极分隔开；碳纳米管，其电接触该源和漏电极并用作该场效应晶体管的沟道区；以及载流子俘获材料，其密封在该碳纳米管中，其中该载流子俘获材料掺杂该碳纳米管。
该场效应晶体管还可以包括用于该场效应晶体管的衬底，其中该绝缘层形成在该衬底上，该源和漏电极以及该碳纳米管设置在该绝缘层上，且该碳纳米管在该源和漏电极之间延伸。
该绝缘层可设置在该碳纳米管上，且该栅极可设置在该绝缘层上。
通过参照附图详细描述其示例性实施例，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显，附图中图1是根据本发明一实施例的单极碳纳米管场效应晶体管(CNT FET)的剖视图；图2示出密封在CNT中的Br分子；图3是当Br分子和CNT结合时利用Ab initio程序计算的形成能与CNT的手性的关系曲线图；图4是当Br分子和CNT结合时利用Ab initio程序模拟的CNT的部分态密度(PDOS)与能量的关系曲线图；图5是根据本发明另一实施例的单极CNT FET的剖视图。
具体实施例方式
现在将参照附图更完整地描述本发明，附图中示出本发明的示例性实施例。然而，本发明能够以很多不同方式实施，并且不应解释为局限于这里提出的实施例；相反，提供这些实施例是使得本公开更彻底而完整，并向本领域技术人员充分传达本发明的范围。
图1是根据本发明一实施例的单极碳纳米管场效应晶体管(CNT FET)的剖视图。
参照图1，单极CNT FET包括形成在导电衬底10例如高度掺杂的硅晶片上的栅极氧化物层11例如硅氧化物层。
设置为彼此分开预定距离的电极13和14形成在栅极氧化物层11上。电连接电极13和14的CNT 19形成在电极13和14之间。电极13和14分别用作漏区和源区，CNT 19用作沟道区。另外，导电衬底10用作背栅极电极。
CNT 19可以是单壁CNT。卤素分子例如Br分子密封在CNT 19中。Br分子的密封可以通过Br原子的离子簇射(ion showering)或通过将CNT浸于Br水溶液中来实现。
图2示出密封在CNT中的Br分子。参照图2，Br分子可以由2-5个Br原子构成。
图3是当Br分子和CNT结合时利用Ab initio程序计算的形成能与CNT的手性的关系曲线图。水平轴代表CNT的手性，且表示CNT(N，0)结构中的N。
参照图3，CNT中由奇数个Br原子构成的Br分子(Br3或Br5)的结合能低于由偶数个Br原子构成的Br分子(Br2或Br4)的结合能。因此，CNT中容易出现由容易结合的奇数个Br原子(Br3或Br5)构成的Br分子。
图4是当Br分子和CNT结合时利用Ab initio程序模拟的CNT的部分态密度(PDOS)与能量的关系曲线图。在图4中，实线表示CNT的PDOS，虚线表示通过将Br分子和CNT结合产生的局部自旋密度。图4中的箭头表示CNT的带隙能。
参照图4，当Br3和Br5分子与CNT结合时产生的局部自旋密度显著低于费米能级。因此，该状态不影响CNT的能带状态。当CNT和Br分子结合时，CNT变成p型，因为Br分子通过与CNT的碳结合从CNT取得了电子。Br分子是从CNT取得电子的载流子俘获材料。Br分子与CNT的结合可以认为是强吸附或p掺杂。作为载流子俘获材料的Br将CNT转变成p型单极CNT。因此，包括p型单极CNT的场效应晶体管是p型单极CNT FET。
同时，当Br2分子与CNT结合时，局部自旋密度存在于价带和导带之间，且局部自旋密度影响CNT的带隙能。然而，考虑到Br2和CNT之间的如图3所示的形成能，Br分子以Br2形式存在的可能性很低。
在本实施例中，Br用作载流子俘获材料，但本发明不限于此。例如，诸如碘I分子的卤素分子可以用作载流子俘获材料。
另外，碱金属或碱土金属例如Cs或Ba可以代替卤素分子用作载流子俘获材料。当例如Cs或Ba的金属用作载流子俘获材料时，CNT变成n型，因为当该金属原子与CNT的碳结合时该金属原子向CNT给出电子。金属原子载流子俘获材料是向CNT给出电子的电子施主分子。具有n型CNT的场效应晶体管是n型场效应晶体管。
图5是根据本发明另一实施例的单极CNT FET的剖视图。参照图5，单极CNT FET包括形成在衬底20上的绝缘层21。设置为彼此间隔开预定距离的电极23和24形成在绝缘层21上，电连接两个电极23和24的CNT 29形成在电极23和24之间。栅极氧化物层31形成在CNT 29上。构图的栅极电极33在栅极氧化物层31上形成于电极23和24之间沟道区之上。电极23和24分别用作漏区和源区，CNT 29用作沟道区。
CNT 29可以是单壁CNT。卤素分子例如Br分子密封在CNT 29中。Br分子是Br3或Br5分子。作为载流子俘获材料的Br分子将CNT 29转变成p型单极CNT。因此，具有CNT 29的场效应晶体管是p型单极CNT FET。
根据本发明，CNT的双极特性通过在CNT中密封载流子俘获材料可以转变成单极特性。
另外，可以根据载流子俘获材料的使用来实现p型和n型CNT和FET。
尽管本发明参照其实施例进行了特定示出和描述，本领域技术人员能够理解，在不脱离本发明的权利要求所定义的精神和范围的情况下可以进行形式和细节上的各种改变。
权利要求
1.一种单极碳纳米管，包括碳纳米管；以及载流子俘获材料，密封在该碳纳米管中，其中该载流子俘获材料掺杂该碳纳米管。
2.如权利要求1所述的单极碳纳米管，其中该载流子俘获材料是卤素分子，且该碳纳米管是p型碳纳米管。
3.如权利要求2所述的单极碳纳米管，其中该卤素分子是Br或I分子。
4.如权利要求2所述的单极碳纳米管，其中该卤素分子分别由奇数个卤素原子构成。
5.如权利要求1所述的单极碳纳米管，其中该载流子俘获材料是电子施主分子，且该碳纳米管是n型碳纳米管。
6.如权利要求5所述的单极碳纳米管，其中该电子施主分子是碱金属分子或碱土金属分子。
7.如权利要求6所述的单极碳纳米管，其中该电子施主分子是Cs或Ba分子。
8.如权利要求1所述的单极碳纳米管，其中该碳纳米管是单壁碳纳米管。
9.一种单极场效应晶体管，包括源电极和漏电极；栅极；绝缘层，其将该栅极与该源和漏电极分隔开；碳纳米管，其电接触该源和漏电极并用作该场效应晶体管的沟道区；以及载流子俘获材料，其密封在该碳纳米管中，其中该载流子俘获材料掺杂该碳纳米管。
10.如权利要求9所述的场效应晶体管，其中该载流子俘获材料是卤素分子，且该场效应晶体管是p型场效应晶体管。
11.如权利要求10所述的场效应晶体管，其中该卤素分子是Br或I分子。
12.如权利要求10所述的场效应晶体管，其中该卤素分子分别由奇数个卤素原子构成。
13.如权利要求9所述的场效应晶体管，其中该载流子俘获材料是电子施主分子，且该场效应晶体管是n型场效应晶体管。
14.如权利要求13所述的场效应晶体管，其中该电子施主分子是碱金属分子或碱土金属分子。
15.如权利要求9所述的场效应晶体管，其中该电子施主分子是Cs或Ba分子。
16.如权利要求9所述的场效应晶体管，还包括用于该场效应晶体管的衬底，其中该绝缘层形成在该衬底上，该源和漏电极以及该碳纳米管设置在该绝缘层上，且该碳纳米管在该源和漏电极之间延伸。
17.如权利要求16所述的场效应晶体管，其中该衬底被掺杂从而用作背栅极。
18.如权利要求9所述的场效应晶体管，其中该绝缘层设置在该碳纳米管上，且该栅极设置在该绝缘层上。
19.如权利要求9所述的场效应晶体管，其中该碳纳米管是单壁碳纳米管。
全文摘要
本发明提供一种具有载流子俘获材料的单极碳纳米管以及具有该单极碳纳米管的单极场效应晶体管。密封在碳纳米管中的载流子俘获材料通过掺杂该碳纳米管而容易地将碳纳米管的双极特性转变成单极特性。另外，p型和n型碳纳米管和场效应晶体管可以根据载流子俘获材料来实现。
文档编号H01L29/78GK101022131SQ20061012188
公开日2007年8月22日 申请日期2006年8月29日 优先权日2006年2月16日
发明者朴玩濬, 朴鲁政 申请人:三星电子株式会社