碳納米管半導體器件及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于碳納米管(CNT)技術領域，涉及碳納米管半導體器件的制備，涉及碳納米管層采用酸性溶液進行處理的碳納米管半導體器件的制備方法。
【背景技術】
[0002]碳納米管薄膜是近年來納米科技領域中的熱點，其中具有半導體屬性的碳納米管(CNT)可以應用在各種半導體器件中，例如，二極管、場效應晶體管(FET)等。以碳納米管場效應晶體管(CNT -FET)為示例，碳納米管在其中形成半導體屬性的導電溝道，從而可以利用碳納米管層制備最簡單也是最基礎的電子器件，即M0SFET。并且，碳納米管薄膜也可以進一步用來制備基于CNT形成的薄膜晶體管(TFT)，CNT-TFT (即碳納米管薄膜晶體管)的溝道層是采用碳納米管薄膜層，CNT-TFT有可能作為驅(qū)動晶體管應用在顯示器中。
[0003]盡管碳納米管薄膜具有柔性、透明、高迀移率、低沉本和大規(guī)模等優(yōu)異特性，但是基于其形成的CNT-FET或CNT-TFT在性能均勻性方面存在較大的問題，例如同一工藝條件下制備形成的多個CNT-TFT之間很可能具有差異較大的轉(zhuǎn)移特性。也就是說，現(xiàn)有方法批量制備的CNT-FET或者CNT-TFT之間的性能不均勻，這種不均勻性的問題也大大限制了CNT-FET或者CNT-TFT在工業(yè)領域的大規(guī)模應用。
[0004]在基于碳納米管層形成的其他碳納米管半導體器件中，也存在類似的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，改善碳納米管半導體器件的性能均勻性。
[0006]為實現(xiàn)以上目的或者其他目的，本發(fā)明提供以下技術方案。
[0007]按照本發(fā)明的一方面，提供一種碳納米管半導體器件的制備方法，包括步驟: 通過碳納米管溶液形成碳納米管層；以及
對所述碳納米管層采用酸性溶液進行處理。
[0008]其中，所述半導體器件為碳納米管場效應晶體管(CNT-FET)或碳納米管薄膜晶體管(CNT-TFT)，所述碳納米管層用于形成所述CNT-FET或CNT-TFT的源電極和漏電極之間的半導體層。
[0009]優(yōu)選地，所述碳納米管溶液為采用有機溶劑分散處理過的碳納米管溶液。
[0010]可選地，所述有機溶劑可以為甲苯、二甲苯、氯仿或鄰二甲苯。
[0011]根據(jù)本發(fā)明一實施例的制備方法，在制備形成CNT-FET或CNT-TFT時，其中，在對所述碳納米管層采用酸性溶液進行處理的步驟之后，所述制備方法還包括步驟:構圖制備形成所述源電極和漏電極。
[0012]根據(jù)本發(fā)明還一實施例的制備方法，在制備形成CNT-FET或CNT-TFT時，其中，在對所述碳納米管層采用酸性溶液進行處理的步驟之后，所述制備方法還包括步驟:構圖制備形成所述源電極和漏電極。
[0013]在以上還一實施例中，可選地，構圖制備形成源電極和漏電極，其包括步驟: 構圖形成光刻膠層以覆蓋欲形成所述源電極和漏電極的區(qū)域之外的區(qū)域；
沉積金屬薄膜層；以及
去除所述光刻膠層，所述光刻膠層上的金屬薄膜層被同時去除。
[0014]在以上一種方案制備形成源電極和漏電極之后，制備形成CNT-FET或CNT-TFT還包括步驟:
至少在所述源電極和漏電極上通過構圖工藝形成保護層，露出所述源電極和漏電極之間的半導體層；以及
在對所述碳納米管層采用酸性溶液進行處理的步驟之后，去除所述保護層。
[0015]在以上還一實施例中，可選地，提供又一種方案構圖制備形成源電極和漏電極，其包括步驟:
沉積金屬薄膜層；
在所述金屬薄膜層之上構圖形成光刻膠層來覆蓋欲形成源電極和漏電極的區(qū)域；以及以所述光刻膠層為掩膜進行刻蝕，直至所述碳納米管層被暴露，并保留所述光刻膠層； 其中，所述光刻膠層是在采用酸性溶液進行處理的步驟之后去除的。
[0016]在以上還一實施例中，可選地，提供再一種方案構圖制備形成源電極和漏電極，其中，所述源電極和漏電極采用防酸性溶液腐蝕的金屬材料。
[0017]在之前所述任一實施例的制備方法中，對所述碳納米管層采用酸性溶液進行處理的時間為1分鐘至2分鐘。
[0018]在之前所述任一實施例的制備方法中，所述碳納米管層的碳納米管為單壁碳納米管、雙壁碳納米管或多壁碳納米管，或者為它們的組合；或者所述碳納米管層的碳納米管為碳納米管管束。
[0019]在之前所述任一實施例的制備方法中，所述酸性溶液為磷酸、硝酸和醋酸的混合溶液。
[0020]在之前所述任一實施例的制備方法中，所述混合溶液中磷酸、硝酸和醋酸的質(zhì)量百分比分別為 75%~85%、3%~7%、3%~7%。
[0021]按照本發(fā)明的又一方面，提供一種由任一所述的制備方法制備得到的碳納米管半導體器件。
[0022]本發(fā)明的技術效果是，通過酸性溶液處理可以有效去除碳納米管層中的化學物質(zhì)雜質(zhì)，諸如CNT-TFT的半導體器件的性能的均勻性得到大大改善。
【附圖說明】
[0023]從結合附圖的以下詳細說明中，將會使本發(fā)明的上述和其他目的及優(yōu)點更加完整清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的標號表示。
[0024]圖1是按照本發(fā)明一實施例的制備CNT-TFT的方法流程示意圖。
[0025]圖2是按照本發(fā)明又一實施例的制備CNT-TFT的方法流程示意圖。
[0026]圖3是按照本發(fā)明提供的制備CNT-TFT的方法所制備形成的CNT-TFT的基本結構示意圖。
[0027]圖4是未經(jīng)過酸性溶液處理和經(jīng)過酸性溶液處理分別得到CNT-TFT的轉(zhuǎn)移特性的比對示意圖。
【具體實施方式】
[0028]下面介紹的是本發(fā)明的多個可能實施例中的一些，旨在提供對本發(fā)明的基本了解，并不旨在確認本發(fā)明的關鍵或決定性的要素或限定所要保護的范圍。容易理解，根據(jù)本發(fā)明的技術方案，在不變更本發(fā)明的實質(zhì)精神下，本領域的一般技術人員可以提出可相互替換的其他實現(xiàn)方式。因此，以下【具體實施方式】以及附圖僅是對本發(fā)明的技術方案的示例性說明，而不應當視為本發(fā)明的全部或者視為對本發(fā)明技術方案的限定或限制。
[0029]圖3所示為按照本發(fā)明提供的制備CNT-TFT的方法所制備形成的CNT-TFT的基本結構示意圖。在圖3中，為了清楚起見，放大了層和區(qū)域的厚度，并且，圖3中各部件之間的尺寸比例關系僅是示意性的，其并不反映各部件之間的實際尺寸比例關系。圖3中示例的CNT-TFT可以通過以下揭示的制備方法實施例來制備形成。
[0030]需要說明的是本發(fā)明實施例中的半導體器件為碳納米管場效應晶體管(CNT-FET)或碳納米管薄膜晶體管(CNT-TFT)，所述碳納米管層至少部分地用于形成所述CNT-FET或CNT-TFT的源電極和漏電極之間的半導體層。圖3的實施例是以半導體器件為CNT-TFT為例進行說明，但并不限于此。
[0031]圖1所示為按照本發(fā)明一實施例的制備CNT-TFT的方法流程示意圖。以下結合圖1和圖3對本發(fā)明實施例的CNT-TFT制備方法進行詳細說明。
[0032]首先，步驟S110，提供經(jīng)過清洗處理的基片。
[0033]在該步驟中，提供的基片可以但不限于為硅片，其對應為如圖3中所示的硅襯底310以及形成在其上的柵介質(zhì)層320，柵介質(zhì)層320具體可以為二氧化硅，其可以通過對硅襯底熱氧化生成，或者通過其他的諸如薄膜沉積方法形成。
[0034]進一步，步驟S120，通過CNT溶液在基片上形成CNT薄膜層。
[0035]在該步驟中，基于CNT溶液，可以采用浸泡法得到CNT薄膜層，具體可以將基片浸泡到CNT溶液中，經(jīng)過一段時間后取出基片，然后沖洗、烘干處理。當然，也可以基于CNT溶液并采用溶液噴涂法、化學組裝法(例如LB薄膜法)等來形成CNT薄膜層?；贑NT溶液來形成CNT薄膜層的方法可以稱為“溶液法”，其具體方法不限于本發(fā)明實施例，形成的CNT薄膜層的厚度也可以根據(jù)需要形成的CNT-TFT的結構參數(shù)來確定。
[0036]具體地，在其他優(yōu)選實例中，采用有機溶劑進行分散處理以得到相對均勻穩(wěn)定的CNT溶液，具體使用的有機溶劑可以但不限于為甲苯、二甲苯、氯仿或鄰二甲苯。需要理解的是，碳納米管分散形成溶液本身是個比較復雜的過程，通常需要使用到表面活性劑以及其他化學物質(zhì)，使得粉末狀的碳納米管相對容易溶解到溶劑中從而形成穩(wěn)定的CNT溶液。并且還需要理解到，由于用于形成CNT溶液的CNT粉末可能既含有金屬型CNT也含有半導體型CNT，因此，其中可能需要采用化學試劑(例如表面活性劑)去除金屬型CNT，得到相對純度較高的穩(wěn)定的半導體型CNT溶液，以上實施例使用的CNT溶液為已經(jīng)去除金屬型CNT的半導體型CNT溶液。
[0037]以上步驟形成的CNT薄膜層包含有半導體型CNT，從可以用來形成CNT-TFT的源電極和漏電極之間的半導體層，即源電極和漏電極之間的溝道層。CNT薄膜層中的CNT可以為單壁碳納米管、雙壁碳納米管或多壁碳納米管，或者為它們的組合；或者CNT薄膜層中的CNT為碳納米管管束。
[0038]需要說明的是，可選地，以上步驟形成的形成CNT薄膜層可以根據(jù)實際需要對CNT薄膜層進行構圖工藝，例如對CNT薄膜層刻蝕構圖形成源電極和漏電極之間的半導體層，具體構圖的圖案不是限制性的。
[0039]進一步，步驟S130，在基片上構圖制備形成源電極和漏電極。
[0040]在該步驟中，可以采用光刻技術，光刻構圖形成如圖3中所示的源電極330和漏電極340，源電極330和漏電極340可以是金屬薄膜層形成，它們之間通過構圖的CNT薄膜層連接。
[0041]需要說明的是，構圖制備形成所述源電極和漏電極的步驟可以在對所述碳納米管層采用酸性溶液進行處理的步驟之前，也可以是在對所述碳納米管層采用酸性溶液進行處理的步驟之后。本申請主要是以構圖制備形成所述源電極和漏電極的步驟在對所述碳納米管層采用酸性溶液進行處理的步驟之后為例進行說明的。
[0042]進一步的，構圖制備形成源電極和漏電極有以下兩種方案:
第一種方案:可以采用光刻膠層覆蓋欲形成源電極和漏電極的區(qū)域之外的區(qū)域，欲形成源電極和漏電極的區(qū)域不覆蓋光刻膠層(即露出源電極和漏電極之間的半導體層)，然后沉積金屬薄膜層，進一步去