柔性碳納米管電晶體的製備方法
2023-06-27 06:00:26
柔性碳納米管電晶體的製備方法
【專利摘要】本發明提供了柔性碳納米管電晶體的製備方法，包括：在基底上製備柔性背柵襯底；將單壁碳納米管的平行陣列轉移至柔性背柵襯底表面；利用電擊穿法去除金屬性的單壁碳納米管；利用光刻和刻蝕工藝去除部分電擊穿電極，形成源/漏電極結構；在柔性背柵襯底上形成柵介質層；柵介質層將柔性背柵襯底表面、單壁碳納米管平行陣列和源/漏電極圖形覆蓋住；在柵介質層表面形成頂柵電極；在源/漏電極圖形上引出源/漏電極；去除基底，形成柔性碳納米管電晶體。本發明的方法，發揮了半導體性單壁碳納米管的高遷移率的本徵特性，直接改進電擊穿電極使其能夠作為後續的源/漏電極結構，簡化了工藝步驟，提高了器件性能。
【專利說明】柔性碳納米管電晶體的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體【技術領域】，特別涉及一種柔性碳納米管電晶體的製備方法。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著柔性顯示技術和智能可穿戴產品的迅速發展，柔性電子學受到越來越多的關注，對柔性場效應電晶體(FET)的研究也逐漸成為熱點課題，目前較為成熟的柔性電晶體製備工藝主要是基於有機半導體材料，或採用低溫多晶矽工藝。有機半導體材料雖然具有較好的柔韌性和較低的工藝成本，但其較低的載流子遷移率極大地限制了器件性能的提升，同時，有機半導體材料還極易受到氧氣和溼度的影響，從而導致器件的可靠性存在很大問題。低溫多晶矽工藝雖然可以在一定程度上改善有機半導體材料的可靠性問題，但其器件性能仍然很難得到有效提升，同時其複雜的製造工藝也極大地增加了生產成本，從而限制了其應用推廣，因此，目前對於柔性電晶體的研究重點仍然是尋找合適的無機半導體材料，以製備高性能的柔性電晶體，並克服有機半導體材料的可靠性問題。
[0003]單壁碳納米管(SWNT)具有獨特的電學特性，尤其是半導體的單壁碳納米管具有非常高的載流子遷移率，在場效應電晶體中可表現出彈道輸運特性，是製備高性能的場效應電晶體的理想材料。同時，碳納米管還具有優異的材料特性，如良好的機械柔韌性和延展性以及光學透明性，這使得碳納米管也是製備柔性電子器件的理想材料，目前已經有眾多研究結果展示了利用半導體性單壁碳納米管所製備的柔性電晶體及其潛在的應用成果(T.Takahashi, et.al, Nano Lett.2011, 11, 5408 - 5413 ；D.-M.Sun, et.al, Nature Nanotech.2011, 6, 156-161 ；C.Wang, et.al, Nano Lett.2012, 12, 1527-1533 ；C.Wang, et.al, Nature Mater ial s2013, 12, 899-904 ；D.-M.Sun, et.al, NatureCommun.2013，4:2302, 1_8)，這些研究工作所報導的柔性碳納米管電晶體基本都是基於薄膜或網絡狀的半導體性碳納米管，雖然其器件性能相比有機半導體材料已經有極大提升，但是在碳納米管薄膜或網絡中存在大量的管與管之間的交叉連接，這極大地抑制了碳納米管本身的高遷移率特性，從而使得器件性能很難實現大幅提升。可以想像，要使半導體碳納米管發揮高遷移率的輸運特性，必須保證源/漏電極之間的每根碳納米管的完整性，即源/漏電極之間必須是單根或平行陣列的半導體性碳納米管。但是，到目前為止，在柔性襯底上製備高性能的基於平行陣列的單壁碳納米管電晶體的工藝還未得到廣泛研究，如果能夠在柔性襯底上製備基於平行陣列的單壁碳納米管電晶體，並且與現有的矽基集成電路的製備工藝完全兼容，則在不增加成本的前提下，就能夠提高柔性電晶體的性能和可靠性。
【發明內容】
[0004]為了克服以上問題，本發明的目的是通過將單壁碳納米管平行陣列轉移在柔性背柵襯底上，並採用光刻和刻蝕工藝製備源/漏電極、柵電極，從而製備出基於單壁碳納米管平行陣列的柔性碳納米管電晶體，提高現有的柔性碳納米管電晶體的性能和可靠性。
[0005]為了實現上述目的，本發明提供了一種柔性碳納米管電晶體的製備方法，其包括:
[0006]提供一基底，在所述基底上製備柔性背柵襯底；
[0007]將單壁碳納米管的平行陣列轉移至所述柔性背柵襯底表面；
[0008]在所述單壁碳納米管平行陣列的表面製備電擊穿電極，利用電擊穿法去除金屬性的所述單壁碳納米管；其中，所述電擊穿電極具有與所述碳納米管垂直的部分和平行的部分；
[0009]利用光刻和刻蝕工藝去除所述電擊穿電極與所述單壁碳納米管平行的部分，所述電擊穿電極與所述單壁碳納米管垂直的部分形成源/漏電極結構；
[0010]在所述柔性背柵襯底上形成柵介質層；所述柵介質層將所述柔性背柵襯底表面、所述單壁碳納米管平行陣列和所述源/漏電極結構覆蓋住；
[0011]在所述柵介質層表面且對應於所述源/漏電極結構之間的空隙上方形成頂柵電極；
[0012]在所述柵介質層中且對應於所述源/漏電極結構上方引出源/漏電極；
[0013]去除所述基底，形成所述柔性碳納米管電晶體。
[0014]優選地，利用梳狀電極作為電擊穿時的電極，採用所述電擊穿法去除所述金屬性的單壁碳納米管的過程包括:
[0015]在所述碳納米管平行陣列表面製備梳狀電極，所述梳狀電極的梳齒垂直於所述單壁碳納米管平行陣列；
[0016]在所述柔性背柵襯底表面引出背柵電極；
[0017]利用電擊穿技術去除所述金屬性的所述單壁碳納米管。
[0018]優選地，引出所述背柵電極的方法，包括:
[0019]在所述柔性背柵襯底表面塗覆光刻膠層；
[0020]經光刻工藝，在光刻膠層中形成背柵電極接觸孔圖案；
[0021]再經刻蝕工藝，在所述背柵襯底中形成背柵電極接觸孔圖案；
[0022]在所述光刻膠層和所述背柵襯底層中的背柵電極接觸孔圖案中填充金屬，再將所述光刻膠層去除，從而引出所述背柵電極；其中，所述單壁碳納米管與所述背柵電極不接觸。
[0023]優選地，在引出所述背柵電極之前，還包括:採用光刻和刻蝕工藝，刻蝕掉靠近所述背柵電極接觸孔圖案的碳納米管的部分，使所述單壁碳納米管與所述背柵電極圖案不接觸。
[0024]優選地，利用所述電擊穿技術去除所述金屬性的所述單壁碳納米管包括以下步驟:
[0025]在所述背柵電極上施加正偏壓，以耗盡半導體性的單壁碳納米管；
[0026]在所述梳狀電極兩端施加電壓或電流，以燒斷金屬性的單壁碳納米管。
[0027]優選地,所述梳狀電極的材料為Ti/Au或Ti/Pd,製備所述梳狀電極的方法包括採用光刻和金屬剝離工藝。
[0028]優選地，在所述基底上製備柔性背柵襯底，包括以下步驟:
[0029]在所述基底表面塗布液態柔性材料，並將所述液態柔性材料烘乾形成柔性襯底；
[0030]在所述柔性襯底表面沉積背柵金屬層；[0031 ] 在所述背柵金屬層表面沉積背柵介質層。
[0032]優選地，去除所述基底的方法，包括:直接將所述柔性背柵襯底從所述基底表面剝離下來。
[0033]優選地，將單壁碳納米管的平行陣列轉移至所述柔性背柵襯底表面的方法，包括:
[0034]在石英襯底上生長單壁碳納米管平行陣列；
[0035]在所述石英襯底上沉積金薄膜，所述金薄膜將所述單壁碳納米管平行陣列覆蓋並粘附住；
[0036]在所述金薄膜表面粘附一層熱解材料層；
[0037]揭拉所述熱解材料層，所述熱解材料層粘附著所述金薄膜和所述單壁碳納米管平行陣列一起從所述石英襯底表面分離下來；
[0038]將帶有所述單壁碳納米管平行陣列的熱解材料層表面對準所述柔性背柵襯底表面，並將所述熱解材料層按壓在所述柔性背柵襯底表面；
[0039]加熱所述熱解材料層，並將所述熱解材料層從所述金薄膜表面剝離下來；
[0040]刻蝕去除所述金薄膜。
[0041]優選地，所述源/漏電極的引出方法，包括:
[0042]在所述柵介質層表面且位於所述源/漏電極圖形上方塗覆光刻膠層；
[0043]經光刻工藝，在光刻膠層中形成源/漏電極圖案；
[0044]再經刻蝕工藝，在所述柵介質層中形成源/漏電極接觸孔圖案；
[0045]在所述光刻膠層和所述柵介質層中的源/漏電極接觸孔圖案中填充金屬，再將所述光刻膠層去除，從而引出所述源/漏電極。
[0046]本發明所提出的柔性碳納米管電晶體的製備方法，將單壁碳納米管平行陣列轉移至柔性背柵襯底表面，並利用電擊穿法原位去除金屬性的單壁碳納米管，保留半導體性的單壁碳納米管，所製備的器件結構保證了源/漏電極之間半導體性單壁碳納米管的完整性，從而發揮了半導體性單壁碳納米管的高遷移率的本徵特性，確保了器件性能的大幅提升。並且，在電擊穿法中，米用具有與單壁碳納米管相互垂直部分和平行部分的電擊穿電極，在完成電擊穿之後，直接原位將與單壁碳納米管相平行部分的電擊穿電極去除，保留相垂直部分的電擊穿電極，從而無需再另行製備源/漏電極材料，即可在單根或平行陣列的半導體性單壁碳納米管兩端連接有源/漏電極，簡化了工藝步驟，為電路設計提供了便利；此外，本發明所提出的製備柔性碳納米管電晶體的方法，其製備工藝與傳統的矽基集成電路的製備工藝完全兼容，因此其具有非常重要的應用價值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0047]圖1為本發明的柔性碳納米管電晶體的製備方法的流程示意圖
[0048]圖2為本發明的一個較佳實施例中的基底結構示意圖
[0049]圖3-5為本發明的一個較佳實施例中製備柔性背柵襯底的步驟示意圖
[0050]圖6-12為本發明的一個較佳實施例中將單壁碳納米管平行陣列轉移至柔性背柵襯底表面的步驟示意圖，其中，圖9a為揭拉熱解材料層的立體示意圖，圖9b為揭拉熱解材料層的截面結構示意圖；圖1Oa為按壓熱解材料層的立體示意圖，圖1Ob為按壓熱解材料層的截面結構示意圖；圖1la為剝離熱解材料層的立體結構示意圖，圖1lb為剝離熱解材料層的截面結構示意圖，圖1lc為剝離熱解材料層之後的立體結構示意圖
[0051]圖13-14為本發明的一個較佳實施例中採用電擊穿法去除金屬性單壁碳納米管的步驟示意圖
[0052]圖15為本發明的一個較佳實施例中源/漏電極結構的示意圖
[0053]圖16為本發明的一個較佳實施例中沉積柵介質層的示意圖
[0054]圖17為本發明的一個較佳實施例中製備頂柵電極的示意圖
[0055]圖18為本發明的一個較佳實施例中引出源/漏電極的示意圖
[0056]圖19為本發明的一個較佳實施例中將柔性背柵襯底從基底表面剝離下來的示意圖
【具體實施方式】
[0057]為使本發明的內容更加清楚易懂，以下結合說明書附圖，對本發明的內容作進一步說明。當然本發明並不局限於該具體實施例，本領域內的技術人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發明的保護範圍內。
[0058]如前所述，現有的基於柔性襯底的碳納米管電晶體均是以網狀或薄膜結構為基礎的，在碳納米管薄膜或網絡中存在大量的管與管之間的交叉連接，這極大地抑制了碳納米管本身的高遷移率特性，從而使得器件性能很難實現大幅提升；有人提出了在矽襯底上製備單壁碳納米管平行陣列的電晶體，如果能在柔性襯底上製備單壁碳納米管平行陣列的電晶體，在源/漏電極之間形成單個或平行陣列的單壁碳納米管溝道，發揮了半導體性單壁碳納米管的高遷移率的本徵特性，將會大大提升柔性襯底的碳納米管的性能和可靠性。為此，本發明提出了一種柔性碳納米管電晶體的製備方法，其與現有的矽基集成電路的製備工藝完全兼容，在不增加成本的前提下，實現柔性襯底上基於單壁碳納米管平行陣列的電晶體，提高了柔性碳納米管電晶體的性能。
[0059]需要說明的是，本發明的柔性碳納米管電晶體為場效應電晶體，可以包括NM0S、PMOS或CMOS場效應電晶體。
[0060]本發明的柔性碳納米管電晶體的製備方法，包括:
[0061]提供一基底，在基底上製備柔性背棚襯底；
[0062]將單壁碳納米管的平行陣列轉移至背柵襯底表面；
[0063]在單壁碳納米管平行陣列表面製備電擊穿電極，利用電擊穿法去除金屬性的單壁碳納米管；其中，電擊穿電極具有與單壁碳納米管平行的部分和垂直的部分；
[0064]利用光刻和刻蝕工藝去除電擊穿電極與單壁碳納米管平行的部分，電擊穿電極與碳納米管垂直的部分形成源/漏電極結構；
[0065]在背柵襯底上形成柵介質層；柵介質層將背柵襯底表面、單壁碳納米管平行陣列和源/漏電極圖形覆蓋住；
[0066]在柵介質層表面形成頂柵電極；
[0067]在源/漏電極結構上引出源/漏電極；
[0068]去除基底，形成柔性碳納米管電晶體。
[0069]以下將結合附圖1-19和具體實施例對本發明的柔性碳納米管電晶體的製備方法作詳細說明。需說明的是，附圖均採用非常簡化的形式、使用非精準的比例，且僅用以方便、清晰地達到輔助說明本實施例的目的。
[0070]請參閱圖1，為本發明的柔性碳納米管電晶體的製備方法的流程示意圖。本發明的柔性碳納米管電晶體的製備方法，包括以下步驟:
[0071]步驟SOl:提供一基底，在基底上製備柔性背棚襯底；
[0072]具體的，在本發明中，基底起到對柔性背柵襯底以及整個製備工藝中的支撐作用，並且應當在整個製備過程中不發生變形，具有一定的支撐力、耐腐蝕性等。由於在現有的矽基集成電路製造工藝中，常用的基礎材料為Si/Si02，因此，請參閱圖2，為本發明的一個較佳實施例中的基底結構示意圖，本發明的一個較佳實施例中，採用Si/Si02作為基底材料，其形成方法可以但不限於包括:首先提供一 Si襯底I ;然後在Si襯底I表面採用熱氧氧化工藝形成一層Si02層2，從而製備出Si/Si02基底00。
[0073]在本發明的一個較佳實施例中，以Si/Si02為基底，請參閱圖3-5，為本發明的一個較佳實施例中製備柔性背柵襯底的步驟示意圖。其柔性背柵襯底的製備過程如下:
[0074]步驟101:請參閱圖3，在Si/Si02基底00表面塗布液態柔性材料，並將液態柔性材料烘乾形成柔性襯底3 ；
[0075]這裡，具體的，在Si02層2表面塗布液態柔性材料，柔性材料可以為聚醯亞胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚二甲基矽氧烷等，既然需要製備液態柔性材料，那麼，該柔性材料可以具有良好的溶解度，比如，可以溶於有機溶劑等性能，也可以具有良好的耐腐蝕、耐高溫性能，以確保後續製備的工藝中柔性材料不被破壞掉，當然，能夠被稱為柔性材料，其也應當具有良好的柔韌性，在彎曲的狀態下不易發生脆裂等缺陷。
[0076]步驟102:請參閱圖4，在柔性襯底3表面沉積背柵金屬層4 ；
[0077]這裡，可以但不限於採用物理濺射或電子束蒸發等工藝來沉積Au或Al等金屬材料作為背柵金屬層4的材料；
[0078]步驟103:請參閱圖5，在背柵金屬層4表面沉積背柵介質層5。
[0079]這裡，可以但不限於採用電子束蒸發方法來沉積背柵介質層5，所採用的材料可以但不限於為Si02，也可以採用原子層澱積技術(ALD)來沉積背柵基質層5，所澱積的材料可以但不限於為A1203、Hf02等高k柵介質材料。具體的沉積工藝參數可以根據實際工藝要求來設定，本發明對此不做限制。
[0080]柔性背柵襯底製備好後，繼續進行本發明的柔性碳納米管電晶體的製備，過程如下:
[0081]步驟S02:將單壁碳納米管的平行陣列轉移至柔性背柵襯底表面；
[0082]具體的，在本發明中，由於本領域的普通技術人員可以知曉單壁碳納米管平行陣列的製備過程，本發明對此不再贅述。請參閱圖6-12，為本發明的一個較佳實施例中將單壁碳納米管平行陣列轉移至柔性背柵襯底表面的步驟示意圖，在本發明的一個較佳實施例中，將單壁碳納米管平行陣列轉移至柔性背柵襯底表面，包括以下步驟:
[0083]步驟201:請參閱圖6，在石英襯底S上生長單壁碳納米管平行陣列6 ；
[0084]這裡，採用在石英襯底S上生長單壁碳納米管平行陣列6，僅作為舉例說明，本發明不局限於石英襯底S。生長過程可以但不限於為:在石英襯底S上通過催化劑定位並利用化學氣相沉積法(CVD)藉助氣流輔助進行生長。[0085]步驟202:請參閱圖7，在石英襯底S上沉積金薄膜7，金薄膜7將單壁碳納米管平行陣列6覆蓋並粘附住；
[0086]這裡，可以但不限於採用電子束蒸發技術，進行金薄膜7的沉積；之所以選擇金薄膜7，是因為金與單壁碳納米管具有很好的粘附性和延展性，這樣，在後續揭拉熱解材料層的時候，金薄膜7可以粘附住單壁碳納米管平行陣列一起被揭拉下來，而且，金薄膜7不會因揭拉過程中的彎曲等變形而發生斷裂現象，確保了轉移過程的順利進行；並且，金屬活動性很低，不易被氧化，這樣確保了不會影響到單壁碳納米管表面的導電性。金薄膜7的厚度可以控制在IOOnm左右，這樣，可以確金薄膜7的連續性和將單壁碳納米管都覆蓋並粘附住。之所以將碳納米管平行陣列6覆蓋住，一是可以為後續粘附熱解材料層提供給一個平坦表面；二是防止後續熱解材料層8與單壁碳納米管6表面相接觸，破壞單壁碳納米管6表面的導電性。然在本發明中，只要可以滿足良好粘附性、延展性和較低的金屬活動性的材料都可以替代金薄膜7應用於本步驟中。
[0087]步驟203:請參閱圖8，在金薄膜7表面粘附一層熱解材料層8 ；
[0088]這裡，熱解材料層8具有一定的粘附性，可以但不限於為熱解膠帶，在一定的溫度下這種熱解材料層8可以很容易與金薄膜7相分離，以確保後續熱解材料層8剝離過程的順利進行。
[0089]步驟204:請參閱圖9a_9b，其中，圖9a為揭拉熱解材料層的立體示意圖，圖9b為揭拉熱解材料層的截面結構示意圖；揭拉熱解材料層8，熱解材料層8粘附著金薄膜7和單壁碳納米管平行陣列6 —起從石英襯底S表面分離下來；
[0090]步驟205:請參閱圖1Oa-1Ob,其中，圖1Oa為按壓熱解材料層的立體示意圖，圖1Ob為按壓熱解材料層的截面結構示意圖；將帶有單壁碳納米管平行陣列6的熱解材料層8表面對準柔性背柵襯底表面，並將熱解材料層8按壓在背柵襯底表面；具體的，將熱解材料層8按壓在背柵介質層5的表面。
[0091]這裡，通過按壓，不僅可以使單壁碳納米管平行陣列6和金薄膜7具備轉移至柔性背柵襯底上，還可以使金薄膜7鋪展開，從而使單壁碳納米管平行陣列6鋪展在柔性背柵襯底表面。
[0092]步驟206:請參閱圖lla-llc，其中，圖1la為剝離熱解材料層的立體結構示意圖，圖1lb為剝離熱解材料層的截面結構示意圖，圖1lc為剝離熱解材料層之後的立體結構示意圖；加熱熱解材料層8，並將熱解材料層8從金薄膜7表面剝離下來；
[0093]這裡，對於不同的熱解材料，具有不同的加熱溫度；當加熱至一定溫度後，熱解材料層8可以順利地從金薄膜7上剝離下來，比如熱解膠帶；加熱溫度通常可以為90?120。。。
[0094]步驟207:請參閱圖12，刻蝕去除金薄膜7。
[0095]這裡，可以但不限於採用KI/I2刻蝕劑來進行金薄膜7的去除。
[0096]至此，本發明中，將單壁碳納米管平行陣列6轉移至柔性背柵襯底之後，繼續本發明的柔性碳納米管電晶體的製備，過程如下:
[0097]步驟S03:在單壁碳納米管平行陣列表面製備電擊穿電極，利用電擊穿法去除金屬性的單壁碳納米管；
[0098]具體的，本發明中，由於碳納米管電晶體利用的是半導體性的單壁碳納米管的高遷移率的特定，而單壁碳納米管平行陣列生長過程中，通常有1/3會表現為金屬特性，因此，在製備柔性碳納米管電晶體的時候需要將金屬性的單壁碳納米管去除掉，保留半導體性的單壁碳納米管。這裡，採用電擊穿法來去除，考慮到單壁碳納米管的平行陣列分布形貌，本發明還為此改進了電擊穿電極的結構，電擊穿電極具有與碳納米管垂直的部分和平行的部分；請參閱圖13-14，為本發明的一個較佳實施例中採用電擊穿法去除金屬性單壁碳納米管的步驟示意圖，在本發明的一個較佳實施例中，利用梳狀電極9作為電擊穿時的電極，梳狀電極9的梳齒垂直於單壁碳納米管平行陣列6，電擊穿去除金屬性單壁碳納米管6的過程包括:
[0099]步驟301:請參閱圖13，在單壁碳納米管平行陣列6表面製備梳狀電極9，梳狀電極9的梳齒垂直於單壁碳納米管平行陣列6 ；
[0100]這裡，可以採用光刻和金屬剝離工藝製備梳狀電極9，具體的可以包括:在單壁碳納米管平行陣列表面塗覆光刻膠，經光刻工藝，在光刻膠中形成梳狀電極的圖案；在光刻膠中的梳狀電極圖案中填充金屬材料，最後，去除光刻膠，從而在單壁碳納米管平行陣列表面形成梳狀電極9 ;梳狀電極9的材料可以為Ti/Au或Ti/Pd。
[0101]步驟302:請參閱圖14，在柔性背柵襯底表面引出背柵電極10 ；
[0102]這裡，具體的，引出背柵電極的方法，可以採用光刻、刻蝕和金屬剝離工藝，具體的包括:
[0103]在柔性背柵襯底表面塗覆光刻膠層；
[0104]經光刻工藝，在光刻膠層中形成背柵電極接觸孔圖案；
[0105]再經刻蝕工藝，在背柵襯底中形成背柵電極接觸孔圖案；這裡，背柵襯底表面為背柵介質層5，則通過刻蝕背柵介質層5，在其中形成接觸孔圖案；
[0106]在光刻膠層和背柵襯底層中的背柵電極接觸孔圖案中填充金屬，再將光刻膠層去除，從而引出背柵電極10。
[0107]需要說明的是，單壁碳納米管與背柵電極10不能接觸，否則，背柵電極10與單壁碳納米管之間產生電聯，將使器件失效。因此，在本發明的該較佳實施例中，在引出背柵電極10之前，還可以包括:採用光刻和刻蝕工藝，刻蝕掉靠近背柵電極接觸孔圖案的單壁碳納米管的部分，使單壁碳納米管與背柵電極圖案不接觸。
[0108]步驟303:利用電擊穿技術去除金屬性的單壁碳納米管。
[0109]這裡，具體的過程可以包括以下步驟:
[0110]在背柵電極10上施加一定的正偏壓，以耗盡半導體性的單壁碳納米管；
[0111]在梳狀電極9兩端施加較大的電壓或電流，以燒斷金屬性的單壁碳納米管。這樣，在梳狀電極9之間就只保留有半導體性的單壁碳納米管平行陣列。
[0112]去除金屬性單壁碳納米管之後，繼續進行本發明的碳納米管電晶體的製備，後續過程包括:
[0113]步驟S04:利用光刻和刻蝕工藝去除電擊穿電極與單壁碳納米管平行的部分，電擊穿電極與單壁碳納米管垂直的部分形成源/漏電極結構；
[0114]具體的，在本發明的一個較佳實施例中，請參閱圖15，為本發明的一個較佳實施例中源/漏電極結構的示意圖。梳狀電極9的去除可以採用光亥_刻蝕工藝，留下梳狀電極的梳齒部分，去除主幹部分，即可形成源/漏電極結構11 ;這是因為:梳狀電極9的梳齒部分與單壁碳納米管相互垂直，單壁碳納米管可以作為兩個梳齒之間的傳輸通道，可以作為單壁碳納米管兩端的源/漏電極結構；而主幹部分與單壁碳納米管相互平行，單壁碳納米管無法作為傳輸通道，因此不能作為單壁碳納米管兩端的源/漏電極結構。採用去除部分電擊穿電極的做法，一方面保證了用作電晶體溝道材料的半導體性單壁碳納米管的完整性，另一方面也為電晶體之間的互聯和電路實現提供了便利，無需再進行源/漏電極材料的製備。
[0115]步驟S05:在柔性背柵襯底上形成柵介質層；柵介質層將柔性背柵襯底表面、單壁碳納米管平行陣列和源/漏電極結構覆蓋住；
[0116]具體的，請參閱圖16，為本發明的一個較佳實施例中沉積柵介質層的示意圖，在本發明的一個較佳實施例中，可以但不限於採用原子層沉積技術來沉積柵介質層12，柵介質層12的材料可以為高K柵介質材料，例如，Η--2或A1203等。
[0117]步驟S06:在柵介質層表面且對應於源/漏電極結構之間的空隙上方形成頂柵電極；
[0118]具體的，可以採用光刻和剝離工藝在柵介質層表面且對應於源/漏電極結構之間的空隙上方形成頂柵電極；請參閱圖17，為本發明的一個較佳實施例中製備頂柵電極的示意圖，具體可以包括:在柵介質層12表面塗覆一層光刻膠；經光刻工藝，在光刻膠中形成頂柵電極圖案，頂柵電極圖案對應於源/漏電極結構之間的空隙上方的位置；在頂柵電極圖案中填充頂柵電極材料；將光刻膠去除，從而形成頂柵電極13。頂柵電極13的材料可以但不限於為Ti/Au或Ti/Pd。
[0119]需要說明的是，在該較佳實施例中，僅以具有多叉指(finger)結構的頂柵電極為例來解釋說明頂柵電極的位置，但是，在本發明中，不局限於採用多叉指結構的頂柵電極，還可以在碳納米管平行陣列兩端的各設置單個頂柵電極等。
[0120]步驟S07:在柵介質層中且對應於源/漏電極結構上方引出源/漏電極；
[0121]具體的，請參閱圖18，為本發明的一個較佳實施例中引出源/漏電極的示意圖；在本發明的一個較佳實施例中，源/漏電極的引出方法，可以採用光刻、刻蝕和剝離工藝，具體的可以包括:
[0122]在柵介質層12表面且位於源/漏電極結構11上方塗覆光刻膠層；
[0123]經光刻工藝，在光刻膠層中形成源/漏電極接觸孔圖案；該源/漏電極接觸孔圖案對應於源/漏電極結構上方的位置；
[0124]再經刻蝕工藝，在柵介質層中形成源/漏電極接觸孔圖案；該源/漏電極接觸孔圖案對應於源/漏電極結構上方的位置，且在柵介質層中。
[0125]在光刻膠層和柵介質層中的源/漏電極接觸孔圖案中填充金屬，再將光刻膠層去除，從而引出源/漏電極14。
[0126]步驟S08:去除基底00，形成柔性碳納米管電晶體。
[0127]具體的，在本發明的一個較佳實施例中，請參閱圖19，為本發明的一個較佳實施例中將柔性背柵襯底從基底表面剝離下來的示意圖，去除述基底00的方法可以包括:直接將柔性背柵襯底從基底00表面剝離下來，從而得到柔性碳納米管電晶體器件G。
[0128]綜上所述，本發明的柔性碳納米管電晶體的製備方法，將單壁碳納米管平行陣列轉移至柔性背柵襯底表面，並利用電擊穿法原位去除金屬性的單壁碳納米管，保留半導體性的單壁碳納米管，所製備的器件結構保證了源/漏電極之間半導體性單壁碳納米管的完整性，從而發揮了半導體性單壁碳納米管的高遷移率的本徵特性，確保了器件性能的大幅提升。並且，在電擊穿法中，採用具有與單壁碳納米管相互垂直部分和平行部分的電擊穿電極，在完成電擊穿之後，直接原位將與單壁碳納米管相平行部分的電擊穿電極去除，保留相垂直部分的電擊穿電極，從而無需再另行製備源/漏電極材料，即可在單根或平行陣列的半導體性單壁碳納米管兩端連接有源/漏電極，簡化了工藝步驟，為電路設計提供了便利；此外，本發明所提出的製備柔性碳納米管電晶體的方法，其製備工藝與傳統的矽基集成電路的製備工藝完全兼容，因此其具有非常重要的應用價值。
[0129]需要說明的是，附圖中將一些結構的透明度設為透明，是為了便於直觀的解釋本發明中的碳納米管電晶體的製備步驟，並不用於限定本發明，也不用於任何外觀限定。
[0130]雖然本發明已以較佳實施例揭示如上，然所述實施例僅為了便於說明而舉例而已，並非用以限定本發明，本領域的技術人員在不脫離本發明精神和範圍的前提下可作若干的更動與潤飾，本發明所主張的保護範圍應以權利要求書所述為準。
【權利要求】
1.一種柔性碳納米管電晶體的製備方法，其特徵在於，包括: 提供一基底，在所述基底上製備柔性背柵襯底； 將單壁碳納米管的平行陣列轉移至所述柔性背柵襯底表面； 在所述單壁碳納米管平行陣列的表面製備電擊穿電極，利用電擊穿法去除金屬性的所述單壁碳納米管；其中，所述電擊穿電極具有與所述碳納米管垂直的部分和平行的部分；利用光刻和刻蝕工藝去除所述電擊穿電極與所述單壁碳納米管平行的部分，所述電擊穿電極與所述單壁碳納米管垂直的部分形成源/漏電極結構； 在所述柔性背柵襯底上形成柵介質層；所述柵介質層將所述柔性背柵襯底表面、所述單壁碳納米管平行陣列和所述源/漏電極結構覆蓋住； 在所述柵介質層表面且對應於所述源/漏電極結構之間的空隙上方形成頂柵電極； 在所述柵介質層中且對應於所述源/漏電極結構上方引出源/漏電極； 去除所述基底，形成所述柔性碳納米管電晶體。
2.根據權利要求1所述的柔性碳納米管電晶體的製備方法，其特徵在於，利用梳狀電極作為電擊穿時的電極，採用所述電擊穿法去除所述金屬性的單壁碳納米管的過程包括: 在所述碳納米管平行陣列表面製備梳狀電極，所述梳狀電極的梳齒垂直於所述單壁碳納米管平行陣列； 在所述柔性背柵襯底表面引出背柵電極； 利用電擊穿技術去除所述金屬性的所述單壁碳納米管。
3.根據權利要求2所述的柔性碳納米管電晶體的製備方法，其特徵在於，引出所述背柵電極的方法，包括: 在所述柔性背柵襯底表面塗覆光刻膠層； 經光刻工藝，在光刻膠層中形成背柵電極接觸孔圖案； 再經刻蝕工藝，在所述背柵襯底中形成背柵電極接觸孔圖案； 在所述光刻膠層和所述背柵襯底層中的背柵電極接觸孔圖案中填充金屬，再將所述光刻膠層去除，從而引出所述背柵電極；其中，所述單壁碳納米管與所述背柵電極不接觸。
4.根據權利要求3所述的柔性碳納米管電晶體的製備方法，其特徵在於，在引出所述背柵電極之前，還包括:採用光刻和刻蝕工藝，刻蝕掉靠近所述背柵電極接觸孔圖案的碳納米管的部分，使所述單壁碳納米管與所述背柵電極圖案不接觸。
5.根據權利要求2所述的柔性碳納米管電晶體的製備方法，其特徵在於，利用所述電擊穿技術去除所述金屬性的所述單壁碳納米管包括以下步驟: 在所述背柵電極上施加正偏壓，以耗盡半導體性的單壁碳納米管； 在所述梳狀電極兩端施加電壓或電流，以燒斷金屬性的單壁碳納米管。
6.根據權利要求2所述的柔性碳納米管電晶體的製備方法，其特徵在於，所述梳狀電極的材料為Ti/Au或Ti/Pd，製備所述梳狀電極的方法包括採用光刻和金屬剝離工藝。
7.根據權利要求1所述的柔性碳納米管電晶體的製備方法，其特徵在於，在所述基底上製備柔性背柵襯底，包括以下步驟: 在所述基底表面塗布液態柔性材料，並將所述液態柔性材料烘乾形成柔性襯底； 在所述柔性襯底表面沉積背柵金屬層； 在所述背柵金屬層表面沉積背柵介質層。
8.根據權利要求1所述的柔性碳納米管電晶體的製備方法，其特徵在於，去除所述基底的方法，包括:直接將所述柔性背柵襯底從所述基底表面剝離下來。
9.根據權利要求1所述的柔性碳納米管電晶體的製備方法，其特徵在於，將單壁碳納米管的平行陣列轉移至所述柔性背柵襯底表面的方法，包括: 在石英襯底上生長單壁碳納米管平行陣列； 在所述石英襯底上沉積金薄膜，所述金薄膜將所述單壁碳納米管平行陣列覆蓋並粘附住； 在所述金薄膜表面粘附一層熱解材料層； 揭拉所述熱解材料層，所述熱解材料層粘附著所述金薄膜和所述單壁碳納米管平行陣列一起從所述石英襯底表面分離下來； 將帶有所述單壁碳納米管平行陣列的熱解材料層表面對準所述柔性背柵襯底表面，並將所述熱解材料層按壓在所述柔性背柵襯底表面； 加熱所述熱解材料層，並將所述熱解材料層從所述金薄膜表面剝離下來； 刻蝕去除所述金薄膜。
10.根據權利要求1 所述的柔性碳納米管電晶體的製備方法，其特徵在於，所述源/漏電極的引出方法，包括: 在所述柵介質層表面且位於所述源/漏電極圖形上方塗覆光刻膠層； 經光刻工藝，在光刻膠層中形成源/漏電極圖案； 再經刻蝕工藝，在所述柵介質層中形成源/漏電極接觸孔圖案； 在所述光刻膠層和所述柵介質層中的源/漏電極接觸孔圖案中填充金屬，再將所述光刻膠層去除，從而引出所述源/漏電極。
【文檔編號】H01L21/336GK103996624SQ201410261069
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年6月12日 優先權日:2014年6月12日
【發明者】郭奧, 任錚, 胡少堅, 周偉 申請人:上海集成電路研發中心有限公司