[发明专利]多指栅碳纳米管场效应晶体管

说明书

技术领域

本发明一般涉及纳米管装置领域，更具体地，涉及多指栅 (multifinger)碳纳米管场效应晶体管(CNT FET)。

背景技术

理论上，许多单壁碳纳米管场效应晶体管(SWNT FET)被预 测具有接近太赫兹(THz)范围的本征截止频率，其中本征指的是，与 调整电导率所需的栅极-源极电容相比，边缘场产生的寄生电容可以忽 略。然而，在实际应用中，此寄生电容常常占有大部分CNT FET的几 何结构。

当制造一个单独CNT FET时，有益的是能够测量其全部S参 数(或等效的Z、h或ABCD矩阵)，然后提出等效电路模型，其可以 与理论模型相比较，并且作为基础来构建不只一个CNT FET的更复杂 的电路。然而，实际上，单个CNT FET的高阻抗和低工作电流阻碍了 获得这些测量值的先前尝试。

发明内容

根据本发明的特征，提供在单个纳米管上具有多个指状电极 的纳米管装置。在一个或多于一个实施例中，该纳米管装置包括多指 栅碳纳米管场效应晶体管(CNT FET)，在其上的多个碳纳米管顶栅场 效应晶体管(FET)使用单壁碳纳米管的一段长度合并成指状几何体。 在一个或多于一个实施例中，低K电介质可以用来分隔多指栅CNT FED中的源极电极和栅极电极，以使源极电极和栅极电极之间的电容 (即米勒电容)最小。

根据本发明的另一个特征，提供的纳米管装置包括多指栅碳 纳米管场效应晶体管(CNT FET)，在其上的源极指状电极和漏极指状 电极之间形成多个纳米管，其中多个纳米管可以被对齐或随机形成。

在一个或多于一个实施例中，使用一个单独的100μm长的单 壁碳纳米管，100个单独的纳米管顶栅场效应晶体管被合并成一个指状 几何体以产生截止频率为7.65GHz的单一晶体管(在去嵌入指状结构 的寄生电容之后)；在去嵌入之前，截止频率为0.2GHz。在去嵌入之 后，最大稳定增益值降到超过15GHz的整数(外推得到的)，并且在 去嵌入之前，最大稳定增益值降到整数2GHz(测得的)。使用此结构， 大于1mW的直流功率和超过1.5mS的跨导(dc)通过组合的装置来维 持。根据此处描述的各种实施例形成的多指栅碳纳米管场效应晶体管 (CNT FET)表示重大的进步，其允许纳米管技术在RF和微波频率应 用中使用。

根据本发明的又一个特征，具有多个指状电极的纳米管装置 被用在电路中以放大RF信号和驱动50欧姆的负载，从而提供驱动50 欧姆负载的纳米管放大器。

附图说明

参考下面说明书并结合附图，本发明的上述特征和目标将变 得更明显，其中相同的参考数字表示相同的元件，并且其中：

图1是根据本发明一个实施例的多指栅碳纳米管场效应晶体 管(CNT FET)的示意图。

图2是根据本发明一个实施例的多指栅碳纳米管场效应晶体 管(CNT FET)的一个实施例的扫描电镜(SEM)图像。

图3A和图3B是根据本发明一个实施例的多指栅碳纳米管场 效应晶体管(CNT FET)的部分示意布局图。

图4A显示室温条件下从根据本发明形成的示例性多指栅碳纳 米管场效应晶体管(CNT FET)测得的I-V特性曲线。

图4B图示说明图4A的示例性多指栅碳纳米管场效应晶体管 (CNT FET)在V_ds＝0.5V时的低偏置耗尽曲线。

图4C图示说明图4A的示例性多指栅碳纳米管场效应晶体管 (CNT FET)在各种偏置条件下的DC和1GHz dl_ds/dV_ds值。

图5是表示从根据本发明形成的示例性多指栅碳纳米管场效 应晶体管(CNT FET)测得的电极电容的图像。

图6是表示根据本发明形成的示例性多指栅碳纳米管场效应 晶体管(CNT FET)的电流增益对频率的图像。

图7是表示根据本发明形成的示例性多指栅碳纳米管场效应 晶体管(CNT FET)去嵌入电极电容之前和之后的MSG的图像。

图8是显示根据本发明的一个实施例用来放大RF信号和驱动 负载的示例性电路中的多指栅碳纳米管场效应晶体管(CNT FET)的 电路图。

图9图示说明图8电路的I-V特性曲线。