[发明专利]一种碳纳米管薄膜晶体管的制备方法

说明书

一种碳纳米管薄膜晶体管的制备方法，其制备步骤为：(1)清洗硅片；(2)蒸镀500nm铝薄膜；(3)制备掺磷的二氧化硅薄膜；(4)光刻图形化；(5)蒸发金属电极；(6)丙酮剥离；(7)转移CNT网络；(8)二次光刻定义CNT网络图形；(9)RIE反应离子刻蚀；(10)再次丙酮剥离。本发明将碳纳米管分散液法沉积半导体CNT，纯度非常高，解决了碳纳米管网络沟道层的制备，电双层二氧化硅薄膜作为双电层电容具有非常大的电容，实现了低电压高单位电容的晶体管。

技术领域

本发明涉及碳纳米管制备技术领域，尤其涉及一种碳纳米管薄膜晶体管的制备方法。

背景技术

碳纳米管(CNT)具有特异的物理和化学性能，是由石墨层片卷曲后形成的无缝管，碳纳米管分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管，薄膜晶体管是一种重要的半导体器件，在平板显示器、存储器等各个领域有着广泛的应用，薄膜晶体管从原理上是场效应晶体管的一种，它是由在基底上淀积半导体主动层、介电层和金属电极层等不同薄膜构成的器件，现阶段常见的薄膜晶体管都有其固有的缺陷，非晶硅的晶体管迁移率低，多晶硅的晶体工艺复杂，关态电流较大，有机薄膜晶体管导电差、接触电阻大且受环境湿度温度影响大，不够稳定，器件电容提高的方法主要有两种，一种是使用高介电常数的材料作为栅极介质，另一种是使栅介质的厚度减少，但如果通过减小栅介质厚度的方法，则容易产生漏电流，如果旋转高介电常数的栅介质，但是这种方法对提高栅电极的静电调控能力有限。在栅介质上，有许多科学家研究了有机材料的栅介质，因其内部，由于有外加电场系，有机电解质中阳离子会迁移到半导体界面，阴离子迁移到栅极界面，而这两个界面处都产生了镜像电荷，形成电双层，实现了低电压高单位电容的晶体管，然而有机介质存在不稳定和集成化问题。

发明内容

本发明为解决上述问题提供了一种减小了短沟效应、降低了阈值电压的无结型薄膜晶体管的制备方法。

本发明所采取的技术方案：

一种碳纳米管薄膜晶体管的制备方法，其制备步骤为：

(1)清洗硅片：先用酸性溶液120℃清洗，去除硅片表面有机物和部分金属；用去离子水冲洗；再用碱性溶液清洗，去除硅片表面的粒子包括离子性和飞离子性的；再用酸性溶液清洗，去除硅片表面的金属和氧化层，最后用烘干机烘干硅片；

(2)蒸镀500nm铝薄膜：使用电子束蒸发设备蒸发铝，首先把硅片放入电子束蒸发腔室内，移动盛有蒸发铝源的坩埚到蒸发位置，关闭腔室，抽真空，先用机械泵将腔室真空抽到5Pa以下，然后开启冷泵；真空度在5*10⁴Pa时，打开高压开关，固定电压8KV，点击自动镀膜开始键，观察腔体情况，首先预蒸发或者预熔融，期间挡板是关闭的，在3分钟预熔结束后，挡板自动打开，蒸发开始，蒸发时间26-30分钟，蒸发完成后，设备自动放气，取出硅片；

(3)制备掺磷的二氧化硅薄膜：利用等离子体增强化学的气相沉积法制备掺磷的二氧化硅薄膜，在常温下，通入95％的硅烷、5％的磷烷和氧气反应气体，气压5Pa，电极距离35cm，射频功率Rf150W，沉积时间2小时；

(4)光刻图形化：使用光刻机先将洗净的硅片涂底，旋转涂胶，根据光刻胶旋转速度，决定光刻胶的厚度，使用1.2μm的普通厚度光刻胶，硅片放入甩胶机，自吸住底板，滴胶、加速旋转、甩胶、挥发溶剂，接下来软烘，真空热板机器内，95℃，100秒，目的去除溶剂，释放胶膜内应力，增强黏附性，接下来对准，先预对准操作，硅片放入自吸后，激光自动对准；人工对准，镜目视下，找对准标记，层间对准，然后曝光，设置曝光剂量和曝光时间，找准焦距，接着后烘，热板机器内110℃90秒，然后显影，放入NaOH溶液中，保持20秒，然后去离子水冲洗，最后一步，后烘，100℃90秒；

(5)蒸发金属电极：在光刻图形化的基片上，用电子束蒸发Ti10nm和50nmPd金属，蒸发步骤同步骤(2)蒸发金属Al电极，只是多了一个金属Pd蒸发源，选用Ti是作为粘附层，增加金属电极与沉底的粘附层；