[發明專利]一種SWCNTs薄膜晶體管器件的P型摻雜方法

在審

• 申請號: 202310427884.8
• 申請日: 2023-04-20
• 公開（公告）號: CN116322247A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 高香香;白皓宇;常晶晶;林珍華;蘇杰;張進成;郝躍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H10K71/30
• 分類號: H10K71/30;H10K71/40;H10K85/20;H10K10/46
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

本發明屬薄膜晶體管器件摻雜技術領域，具體涉及一種SWCNTs薄膜晶體管器件的P型摻雜方法。本發明采用自組裝的方式通過兩種物質之間的相互作用力組裝SWCNTs薄膜用于制備晶體管器件陣列，通過超強吸電子能力雙三氟甲烷磺酰亞胺(TFSI)P型摻雜劑處理SWCNTs薄膜，能夠調控SWCNTs薄膜晶體管器件閾值電壓，大幅提升SWCNTs薄膜晶體管器件的載流子遷移率和最大開態電流。本發明的有益效果在于，通過改變TFSI處理SWCNTs薄膜的溫度和對器件進行退火處理能夠調控SWCNTs薄膜晶體管器件的P型摻雜，在高性能SWCNTs薄膜晶體管器件領域具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于薄膜晶體管器件摻雜技術領域，特別涉及一種單壁碳納米管(SWCNTs)薄膜晶體管器件P型摻雜方法。

背景技術

場效應晶體管是最常用的電子元件之一，在現代電子產品中發揮著不可替代的作用。碳納米管由于其獨特的結構和化學鍵具有優異的機械性能，導熱性和出色的電荷傳輸而被廣泛研究。近幾年來,基于碳納米管晶體管的電子器件在大規模集成電路、太陽能電池以及新興的神經計算領域發展迅速。然而,當前基于碳納米管晶體管的集成電路仍存在諸多挑戰,其中實現有效穩定的閾值電壓調控機制是目前亟待解決的問題。

閾值電壓是場效應晶體管的最關鍵的電學參數之一,它決定了晶體管的不同工作模式和開啟電壓,對于控制功耗以及噪聲容限具有重要作用。對晶體管器件的閾值電壓進行調控一直是研究人員關注的重點。在頂柵的氧化物介電層表面沉積不同厚度的金屬電極可以實現對碳納米管晶體管器件的閾值電壓的準確調控，但是結構設計復雜難以實時調控限制了其在實際應用中的發展。在柵極絕緣層表面自組裝單分子層誘導產生表面偶極子也可以對碳納米管晶體管器件的閾值電壓進行控制。但這種調控方式也存在一定缺點,例如有限的調控能力、結構復雜以及難以大面積處理等。表面摻雜作為一種調控晶體管電學性能的常用手段,具有操作簡單且易實現等優點,推動了電子器件大規模處理的發展。這種基于溶液的化學處理方式,主要通過在功能層的表面沉積有機或者無機摻雜層,利用摻雜劑和功能層之間的表面電荷轉移實現對晶體管器件電學性能的調控。相較于體摻雜需要將摻雜劑和半導體在溶液中混合的處理方式,表面摻雜通過將摻雜劑直接沉積到已經形成的碳納米管薄膜的表面,很難引入結構缺陷或者散射中心,因此基本不會導致晶體管遷移率降低。

因此，尋找一種化學摻雜劑對碳納米管薄膜表面進行摻雜，從而調控晶體管器件的電學性能十分必要。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種SWCNTs薄膜晶體管器件的P型摻雜方法，通過化學摻雜，能夠調控晶體管器件的性能，為未來實現大面積低功耗邏輯電路以及高性能電子器件提供重要指導。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種SWCNTs薄膜晶體管器件的P型摻雜方法，包括如下步驟：

步驟1，在親水處理后的基板上交替吸附帶正電聚合物水溶液和SWCNTs溶液，組裝SWCNTs薄膜；

步驟2，使用P型摻雜劑處理步驟1制備的SWCNTs薄膜；

步驟3，用步驟2處理后的SWCNTs薄膜制備場效應晶體管器件。

在一個實施例中，所述步驟1，基板為帶有厚度90nm-300nm?SiO₂氧化層的Si片。

在一個實施例中，所述步驟1，親水處理方式為氧等離子體表面處理或者UV清洗機處理。

在一個實施例中，所述步驟1，帶正電聚合物為聚乙烯亞胺或者聚二烯丙基二甲基氯化銨，質量分數為0.1％-0.5％。

在一個實施例中，所述步驟1，在商業購買的SWCNTs溶液中加入10-15mg/mL的膽酸鈉，調控SWCNTs溶液離子強度，隨著膽酸鈉加入量的增加，SWCNTs溶液離子強度增加。