CN103943458A - 一种去除碳纳米管阵列中金属性碳纳米管的方法 - Google Patents
一种去除碳纳米管阵列中金属性碳纳米管的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103943458A CN103943458A CN201410119928.1A CN201410119928A CN103943458A CN 103943458 A CN103943458 A CN 103943458A CN 201410119928 A CN201410119928 A CN 201410119928A CN 103943458 A CN103943458 A CN 103943458A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon nano
- nano tube
- carbon nanotubes
- source
- pipe array
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
- H01L21/02527—Carbon, e.g. diamond-like carbon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02587—Structure
- H01L21/0259—Microstructure
- H01L21/02606—Nanotubes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02656—Special treatments
- H01L21/02664—Aftertreatments
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
本发明提出一种去除碳纳米管阵列中金属性碳纳米管的方法,是利用当碳纳米管与金属接触时,半导体性碳纳米管会形成肖特基势垒,而金属性碳纳米管则不会,故半导体性碳纳米管接触形成的电阻更大,造成同样电压下半导体性碳纳米管电流比金属性碳纳米管电流小,基于此,可以采用电流灼烧、微波辅助烧断和热毛细胶法等方法去除碳纳米管阵列中金属性碳纳米管。本发明制备工艺简单,可利用的碳纳米管占据整根碳纳米管比例更高,所获得的半导体碳纳米管整体管径更小,电学性能更好;金属性碳纳米管完全去除,可以得到纯度100%的半导体碳纳米管,所以开关比更大,适合做高速数字电路。
Description
技术领域
本发明涉及一种去除碳纳米管阵列中金属性碳纳米管的方法,是利用当金属性碳纳米管和半导体碳纳米管与金属钛接触时,肖特基势垒大小会有差别,导致同样的电压下电流有所区别。基于此,可以去掉金属性碳纳米管,获得全半导体碳纳米管阵列。
背景技术
在石英基底上可以规模生长碳纳米管平行阵列材料,满足后续规模制备器件和集成电路的需求,自然生长的碳纳米管阵列既有半导体碳纳米管,又有零带隙的金属性碳纳米管,而后者的存在对实现碳纳米管数字集成电路是绝不允许的。目前,可能解决这个问题的方法有三种:
(1)在碳纳米管生长阶段,使用一些特殊碳源,如异丙醇,或者加入特殊的催化剂,如水,可以实现一定的选择性生长,提高半导体碳纳米管的比例,问题在于半导体金属性的比例需要达到至少100:1,才有可能满足数字电路所需的开关比,这是很难做到的;
(2)电流灼烧法,利用栅把半导体碳管关断,加比较大的电压,功率超过90μW/μm,才可以将金属性碳纳米管烧断,这对半导体碳纳米管的性能会造成损伤,同时金属管并未完全去掉;
(3)2013年J.A.Rogers在Nature Nanotechnology上发表一篇Using nanoscalethermocapillary flows to create arrays of purely semiconducting single-walled carbon nanotubes,里面提到在生长好的碳纳米管阵列上蒸上TPPA(Trishydroxyphenylethylisopropylbezene),通过部分栅关断半导体碳纳米管,而金属管电流不受影响,加电压1.33μW/μm,基底温度60℃,通电5分钟,金属管上的胶会被烧开,再干法刻蚀,去胶就可以得到半导体碳纳米管阵列,不过栅制作方法复杂,碳纳米管利用率不高。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,本发明旨在提供一种简单、不损伤半导体碳纳米管性能的去掉金属性碳纳米管,获得全半导体性碳纳米管阵列的方法。
本发明的技术方案如下:
一种去除碳纳米管阵列中金属性碳纳米管的方法,包括以下步骤:
1)在基底上制备碳纳米管阵列;
2)在生长好碳纳米管阵列的基底上制作源漏电极,制作源漏电极的金属为可以和半导体碳纳米管形成肖特基接触的金属;
3)使用恒压源或者周期性电源给源漏电极加电压,烧断金属性碳纳米管;
4)去除源漏电极。
本发明中碳纳米管阵列是在各种有晶格取向的基底上,如石英、蓝宝石等,通过化学气相沉积(CVD)法或者其他外加电场的方法制备得到的碳纳米管阵列;
本发明中的源漏电极可以是Ti、Al、Cu、Cr、Ca等各种可以与半导体性碳纳米管形成肖特基接触的金属,接触可以既可以采用对称接触也可以采用非对称接触,即源漏电极所用的金属可以都是Ti、Al、Cu、Cr、Ca中的一个,也可以是他们的两两组合。沟道长度从2μm到30μm;
进一步地,步骤3)中,使用恒压源给源漏电极所加电压为5V/μm以上,通电5分钟以上。
进一步地,步骤3)中,还包括给源漏电极加电压的同时对碳纳米管阵列施以微波,辅助烧断金属性碳纳米管。
进一步地,步骤3)中,还包括通电之前在基底上蒸镀一层TPPA并加热基底,使用周期性电源在源漏电极之间加上依次从8V/μm上升到14V/μm的电压,烧开金属性碳纳米管上的TPPA;刻蚀掉未被TPPA保护的金属性碳纳米管后去掉TPPA残胶。
进一步地,步骤4)中,使用KI/I2溶液等溶解源漏电极。
本发明中涉及到微波,微波频率为2GHz到3GHz,优选2.45GHz,被金属性碳纳米管吸收更多,发热更多。
本发明中涉及需要对基底加热,加热温度从60℃到100℃都可以。
本发明中涉及到刻蚀,使用ICP或者RIE等各种干法刻蚀设备,反应气体为O2/CF41:1混合,刻蚀时间为25s到30s。
进一步地,使用干法刻蚀将金属性碳纳米管刻蚀掉,使用有机溶剂或者高温法去掉TPPA残胶。
本发明中涉及到去TPPA残胶的方法,可以是在真空中或者惰性气体(如Ar气)保护下高温600℃及以上,5个小时及以上蒸发,或者通过一些有机溶剂溶解。
与现有技术相比,本发明的积极效果为:
1、实现肖特基接触,制备工艺简单,只需要一次光刻,一次镀膜,而通过栅调控关断半导体碳纳米管的方法,至少需要两次光刻,两次镀膜和一次原子层沉积,更少的工艺步骤可以保证降低对碳纳米管性能的损伤;
2、碳纳米管利用率高,使用栅调控的方法,在石英基底上必须使用顶栅,栅本身需要和碳纳米管的一部分接触,而这部分碳纳米管是无法利用,而使用肖特基接触的方法,只需要镀上源漏电极就可以了,所以可利用的碳纳米管占据整根碳纳米管比例更高;
3、所获得的半导体碳纳米管整体管径更小(平均1.1nm),因为对于大管径的半导体碳纳米管,和金属形成的肖特基势垒很小,故在去除金属管过程也会被去除,对于小管径的半导体碳纳米管带隙比较大,开关比比较高(10^5);
4、金属性碳纳米管完全去除,可以得到纯度100%的半导体碳纳米管;
5、获得的半导体碳纳米管电学性能更好,不需要修饰碳纳米管,不会引入缺陷,得到的碳纳米管比较干净,所以迁移率更高(可达1000cm2/Vs),适合做高速数字电路。
附图说明
图1(a)显示的是金属和半导体碳纳米碳纳米管接触时的能带图。
图1(b)显示的是金属和金属性碳纳米管接触时能带图。
图2显示的是金属性碳纳米管、半导体碳纳米管和金属接触时,在源漏电极之间加上同样大小的电压,电流的差异,其中(I)代表金属性碳纳米管和金属接触时I-V特性关系,(II)代表半导体碳纳米管和金属接触的I-V特性关系。
图3显示本发明去除碳纳米管阵列中金属性碳纳米管的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图,通过实施例进一步详细说明本发明,但不以任何方式限制本发明。
本发明去除碳纳米管阵列中金属性碳纳米管的方法,是利用当碳纳米管与金属接触时,金属的费米能级在半导体碳纳米管导带和价带之间,会形成肖特基势垒,如图1(a)所示,而金属性碳纳米管没有带隙,则不会形成肖特基势垒,如图1(b)所示,故半导体性碳纳米管接触形成的电阻更大,造成同样电压下半导体性碳纳米管电流比金属性碳纳米管电流小,如图2所示,在源漏电极之间加上同样大小的电压(Vds)时,金属性碳纳米管和金属接触时的电流(Ids)明显大于半导体碳纳米管和金属接触的电流(Ids)。
基于此,可以采用电流灼烧、微波辅助烧断和热毛细胶法等方法去除碳纳米管阵列中金属性碳纳米管,方法流程如图3所示,本发明的具体设施方案有三个:
实施例1、大电流烧断法
1、通过化学气相沉积在石英基底上制备碳纳米管阵列。使用双层胶(AR-P3510T-ARBR5480)光刻后镀膜,镀上0.5nm厚的金属薄膜,碳源使用甲烷、乙醇和异丙醇等;
2、通过光刻或者电子束曝光,再电子束镀膜,在生长好碳纳米管阵列的基底上镀上Ti/Au(20/30nm),电极宽度为2μm,间距为10μm到30μm;
3、在大气环境下,在源漏电极加上50V以上的电压,通电5分钟;
4、去除源漏电极Ti/Au,先使用SU-8胶旋涂在片子上,利用光刻在有金属电极的地方开出窗口,使用20g KI/5g I2/400ml H2O混合得到的溶液浸泡1分钟,去除源漏金属。
实施例2、微波辅助烧断法
1、通过化学气相沉积在石英基底上制备碳纳米管阵列。使用双层胶(AR-P3510T-ARBR5480)光刻后镀膜,镀上0.5nm厚的金属薄膜,碳源使用甲烷、乙醇和异丙醇等;
2、通过光刻或者电子束曝光,再电子束镀膜,在生长好碳纳米管阵列的基底上镀上Ti/Au(20/30nm),电极宽度为2μm,间距为10μm到30μm;
3、在大气环境下,在源漏电极加上50V以上的电压,通电5分钟,同时加以频率为2.45GHz的微波辅助;
4、去除源漏电极Ti/Au,先使用SU-8胶旋涂在片子上,利用光刻在有金属电极的地方开出窗口,使用20g KI/5g I2/400ml H2O混合得到的溶液浸泡1分钟,去除源漏金属。
实施例3、热毛细胶法
1、通过化学气相沉积在石英基底上制备碳纳米管阵列。使用双层胶(AR-P3510T-ARBR5480)光刻后镀膜,镀上0.5nm厚的金属薄膜,碳源使用甲烷、乙醇和异丙醇等;
2、通过光刻或者电子束曝光,再电子束镀膜,在生长好碳纳米管阵列的基底上镀上Ti/Au(20/30nm),电极宽度为2μm,间距为10μm到30μm;
3、通过热蒸发镀膜仪蒸上25nm厚TPPA膜,全称A,A,A’—三(4—羟苯基)—1—乙基-4-异丙苯;将片子放置到高温探针台上(大气环境)加热到90℃,在源漏之间依次加上8V,10V,12V,14V各5分钟,电压依次升高目的是放置在大电压下,部分有缺陷的金属管会烧断,从而达不到完全去除金属性碳纳米管的目的,这样金属性碳纳米管上覆盖的TPPA都会被烧开,而半导体由于和金属Ti接触时肖特基势垒的存在,电流比较小,发热低,大部分仍然会被胶覆盖住;在ICP中,设置O2/CF4(1:1混合)刻蚀25s到30s,去除金属性碳纳米管,CF4气体的作用是增强TPPA的抗刻蚀能力,而半导体碳纳米管在TPPA的保护下不会被刻蚀;去除TPPA残胶,CF4气体和TPPA发生卤代反应,生成氟代烷烃,一般的溶剂包括乙醇、丙酮、NMP等无法清除干净,需要在Ar气保护下或者真空中,600℃以上灼烧5个小时以上,才可以将残胶完全清除干净;
4、去除源漏电极Ti/Au,先使用SU-8胶旋涂在片子上,利用光刻在有金属电极的地方开出窗口,使用20g KI/5g I2/400ml H2O混合得到的溶液浸泡1分钟,去除源漏金属;
5、清除源漏电极下的碳纳米管残留,在ICP中设置O2/CF4(1:1混合)刻蚀25s到30s,刻蚀碳纳米管,最后是SU-8Remover清除SU-8胶。
Claims (10)
1.一种去除碳纳米管阵列中金属性碳纳米管的方法,包括以下步骤:
1)在基底上制备碳纳米管阵列;
2)在生长好碳纳米管阵列的基底上制作源漏电极,制作源漏电极的金属为可以和半导体碳纳米管形成肖特基接触的金属;
3)使用恒压源或者周期性电源给源漏电极加电压,烧断金属性碳纳米管;
4)去除源漏电极。
2.如权利要求1所述的去除碳纳米管阵列中金属性碳纳米管的方法,其特征在于,步骤1)中,所述基底为有晶格取向的基底,包括石英和蓝宝石。
3.如权利要求1所述的去除碳纳米管阵列中金属性碳纳米管的方法,其特征在于,步骤2)中,制作源漏电极的金属包括Ti、Al、Cu、Cr、Ca;所述肖特基接触为对称接触或非对称接触;所述源漏电极的沟道长度为2-30μm。
4.如权利要求1所述的去除碳纳米管阵列中金属性碳纳米管的方法,其特征在于,步骤3)中,使用恒压源给源漏电极所加电压为5V/μm以上,通电5分钟以上。
5.如权利要求1所述的去除碳纳米管阵列中金属性碳纳米管的方法,其特征在于,步骤3)中,还包括给源漏电极加电压的同时对碳纳米管阵列施以微波,辅助烧断金属性碳纳米管。
6.如权利要求5所述的去除碳纳米管阵列中金属性碳纳米管的方法,其特征在于,所述微波的微波频率为2-3GHz。
7.如权利要求1所述的去除碳纳米管阵列中金属性碳纳米管的方法,其特征在于,步骤3)中,还包括通电之前在基底上蒸镀一层TPPA并加热基底,使用周期性电源在源漏电极之间加上依次从8V/μm上升到14V/μm的电压,烧开金属性碳纳米管上的TPPA;刻蚀掉未被TPPA保护的金属性碳纳米管后去掉TPPA残胶。
8.如权利要求7所述的去除碳纳米管阵列中金属性碳纳米管的方法,其特征在于,加热基底的温度为60-100℃。
9.如权利要求7所述的去除碳纳米管阵列中金属性碳纳米管的方法,其特征在于,使用干法刻蚀刻蚀掉未被TPPA保护的金属性碳纳米管,反应气体为O2/CF41:1混合,刻蚀时间为25-30s;使用有机溶剂或者高温法去掉TPPA残胶。
10.如权利要求1所述的去除碳纳米管阵列中金属性碳纳米管的方法,其特征在于,步骤4)中,使用KI/I2溶液溶解源漏电极。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410119928.1A CN103943458A (zh) | 2014-03-27 | 2014-03-27 | 一种去除碳纳米管阵列中金属性碳纳米管的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410119928.1A CN103943458A (zh) | 2014-03-27 | 2014-03-27 | 一种去除碳纳米管阵列中金属性碳纳米管的方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103943458A true CN103943458A (zh) | 2014-07-23 |
Family
ID=51191072
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201410119928.1A Pending CN103943458A (zh) | 2014-03-27 | 2014-03-27 | 一种去除碳纳米管阵列中金属性碳纳米管的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103943458A (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105067479A (zh) * | 2015-09-01 | 2015-11-18 | 解海龙 | 一种混合式飞灰含碳量在线检测装置实现方法 |
CN113130620A (zh) * | 2020-01-15 | 2021-07-16 | 清华大学 | 场效应晶体管 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101582381A (zh) * | 2008-05-14 | 2009-11-18 | 清华大学 | 薄膜晶体管的制备方法 |
CN101701927A (zh) * | 2009-10-14 | 2010-05-05 | 苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 碳纳米管阵列有机污染物传感器及用途 |
CN102856395A (zh) * | 2011-06-30 | 2013-01-02 | 清华大学 | 压力调控薄膜晶体管及其应用 |
-
2014
- 2014-03-27 CN CN201410119928.1A patent/CN103943458A/zh active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101582381A (zh) * | 2008-05-14 | 2009-11-18 | 清华大学 | 薄膜晶体管的制备方法 |
CN101701927A (zh) * | 2009-10-14 | 2010-05-05 | 苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 碳纳米管阵列有机污染物传感器及用途 |
CN102856395A (zh) * | 2011-06-30 | 2013-01-02 | 清华大学 | 压力调控薄膜晶体管及其应用 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
SUNG HUN JIN ET AL: "Using nanoscale thermocapillary flows to create arrays of purely semiconducting single-walled carbon nanotubes", 《NATURE NANOTECHNOLOGY》 * |
SUNG HUN JIN ET AL: "Using nanoscale thermocapillary flows to create arrays of purely semiconducting single-walled carbon nanotubes", 《NATURE NANOTECHNOLOGY》, vol. 8, 28 April 2013 (2013-04-28), XP055235127, DOI: doi:10.1038/nnano.2013.56 * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105067479A (zh) * | 2015-09-01 | 2015-11-18 | 解海龙 | 一种混合式飞灰含碳量在线检测装置实现方法 |
CN113130620A (zh) * | 2020-01-15 | 2021-07-16 | 清华大学 | 场效应晶体管 |
CN113130620B (zh) * | 2020-01-15 | 2023-07-18 | 清华大学 | 场效应晶体管 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Liu et al. | Strain modulation in graphene/ZnO nanorod film schottky junction for enhanced photosensing performance | |
Huang et al. | High aspect ratio β-Ga2O3 fin arrays with low-interface charge density by inverse metal-assisted chemical etching | |
Ye et al. | A simple and scalable graphene patterning method and its application in CdSe nanobelt/graphene Schottky junction solar cells | |
CN106783558B (zh) | 一种低导通电阻氢终端金刚石场效应晶体管及其制备方法 | |
Kang et al. | Organic field effect transistors based on graphene and hexagonal boron nitride heterostructures | |
CN102881654B (zh) | 薄膜晶体管阵列基板及其制备方法、有源矩阵驱动显示装置 | |
CN106910776B (zh) | 基于高k栅介质的大面积二硫化钼场效应晶体管及其制备 | |
CN103000535B (zh) | 一种旁栅石墨烯场效应晶体管的制备方法 | |
JP2009231810A (ja) | 半導体カーボン膜、半導体素子、及び半導体カーボン膜の製造方法 | |
CN103258850A (zh) | 一种石墨烯纳米带场效应晶体管及其制备方法 | |
Kumar et al. | Fabrication and characterization of graphene/AlGaN/GaN ultraviolet Schottky photodetector | |
JP2015048258A (ja) | グラフェン製造方法 | |
Tsai et al. | Scalable graphene synthesised by plasma-assisted selective reaction on silicon carbide for device applications | |
Liu et al. | Excellent field-emission properties of P-doped GaN nanowires | |
Hsu et al. | High frequency performance of graphene transistors grown by chemical vapor deposition for mixed signal applications | |
Liu et al. | Top–down fabrication of horizontally-aligned gallium nitride nanowire arrays for sensor development | |
Keramatnejad et al. | Laser‐assisted nanowelding of graphene to metals: an optical approach toward ultralow contact resistance | |
JP6598763B2 (ja) | カーボンナノチューブアレイの製造方法および電界効果トランジスタの製造方法 | |
CN103943458A (zh) | 一种去除碳纳米管阵列中金属性碳纳米管的方法 | |
Liu et al. | Synthesis, characterization and fabrication of ultrathin iron pyrite (FeS 2) thin films and field-effect transistors | |
KR102039748B1 (ko) | 그래핀 산화물의 국소환원을 이용한 탄소기반 전자소자 및 이의 제조방법 | |
CN106185897A (zh) | 一种在多种基底上可控制备石墨烯纳米带的方法 | |
CN107425051A (zh) | 一种半导体器件及其制备方法 | |
CN105448674A (zh) | N型半导体层以及n型薄膜晶体管的制备方法 | |
CN103943511A (zh) | 低功耗薄背栅石墨烯场效应晶体管的制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20140723 |