[发明专利]单极性N型或P型碳纳米管晶体管及其制造方法

说明书

提供了用于将碳纳米管(CNT)生产和集成到TFT中以形成单极性CNT TFT的装置、材料和方法。CNT TFT包括在CNT有源层和源极/漏极电极之间的能够提供载流子捕获功能的掺杂层，以使得抑制电极之间的不想要的载流子电荷注入，从而允许CNT TFT的单极性操作。还提供了用于形成单极性N型或P型SWCNT TFT的方法和设备。

技术领域

本公开涉及碳纳米管晶体管及其制造方法，并且更具体地涉及单极性N型或P型碳纳米管晶体管。

背景技术

薄膜晶体管(TFT)和场发射晶体管(FET)可以用于多种不同的应用中。在一种情况下，出于像素切换的目的，TFT被用于有源矩阵显示器中。然而，存在现有技术中描述的多种TFT结构，包括两种顶部栅极设计和两种底部栅极设计。不管具体设计如何，TFT都以相同的方式起作用。每种结构包括源极、漏极和栅极，并且所有结构形成在衬底上并包括合适的绝缘层。

在这样的TFT和FET中使用纳米管作为有源层是已知的，并且纳米管展现出优异的电子性质，这使它们对于广泛的电子应用具有潜在的价值。但是，这样的纳米管场效应晶体管通常显示双极性电子特性，这使它们不适合在许多应用中使用。已经采用许多策略来解决这种纳米管装置中的这种双极性趋势。例如，已经尝试通过减小栅极氧化物厚度来解决碳纳米管场效应晶体管的切换行为。然而，这导致甚至更明显的双极性晶体管特性和更高的关断电流，这两者都是不期望的。(参见，例如，Yu-Ming Lin等的Nano Letters 2004的第4卷的第5期的第947-950页，其公开通过引用并入本文。)还已经使用具有相对高的介电常数K的电介质材料来改善碳纳米管FET的切换行为。但是，在纳米管和金属之间的界面处形成的肖特基势垒接触导致不良的缩放行为。

已经描述了通过使用栅极结构工程、例如通过相对于源极和漏极电极提供非对称栅极结构来将双极性碳纳米管晶体管转换为单极性碳纳米管晶体管的许多技术。使用这种过程，由双极性CNT FET产生了p型CNT FET，并且已经建议可以在n型CNT FET上使用相同种类的栅极来使用相对深的沟槽切断具有类似的部分栅极结构的双极性CNT FET的p型分支。但是，栅极结构需要深沟槽的形成通过氧化物层并沿着漏极电极的长度进入栅极，并且这种沟槽将双极性CNT FET转换为单极性CNT FET的能力根据沟槽宽度(由于边缘场效应)，这导致此装置的缩放减小成为问题。

提出的用于将双极性纳米管场效应晶体管转换为单极性纳米管场效应晶体管的另一种方法提出使用碳纳米管层自身中的载流子捕获材料，诸如吸附在碳纳米管层自身中的氧分子。(参见，例如，美国专利公开No.2007/0246784，其公开通过引用并入本文。)但是，通常认为这样的化学载流子捕获材料对于在商业TFT和FET中使用太不可靠。

因此，仍然需要将双极性纳米管TFT和FET转换为更坚固和可靠的单极性装置。

发明内容

本公开提供了碳纳米管晶体管的实施例及其制造方法，并且更具体地，提供了单极性N型或P型纳米管晶体管。

本发明的许多实施例涉及单极性薄膜晶体管，该晶体管包括：

至少第一电介质层；

至少一个碳纳米管有源层，其至少一部分与至少第一电介质层接触；

至少一个栅极电极，使得至少第一电介质层插入在一个碳纳米管有源层和至少一个栅极电极之间；

至少漏极和源极电极，设置在至少一个碳纳米管有源层之上或之下；和

至少一个n+或p+掺杂层，设置在至少一个碳纳米管有源层与漏极和源极电极之间，使得TFT展现出单极性特性。

在许多其它实施例中，掺杂层是n+掺杂的，使得掺杂层消除TFT中的P型电荷载流子注入和输运，以使得TFT表现出N型性质。