单壁碳纳米管器件集成方法
专利汇可以提供单壁碳纳米管器件集成方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种单壁 碳 纳米管 器件集成方法，属于纳 电子 器件技术领域。该方法包括：(1)超长单壁 碳纳米管 阵列排布在异质基底上；(2)异质基底调控 单壁碳纳米管 的能带结构，沿管轴方向将碳纳米管进行切割，形成n型纳米管段、p型纳米管段、金属型纳米管段以及p－n结等器件单元；(3)根据 电路 设计，将所需的碳纳米管段与源、漏 电极 及栅极相连后，互联成为集成电路。本发明可以高效、可控的实现大量碳纳米管器件的集成，为碳纳米管在纳电子器件领域实用化提供了可行的途径，具有广阔的应用前景。，下面是单壁碳纳米管器件集成方法专利的具体信息内容。
1.一种单壁碳纳米管器件集成方法，其步骤包括：
(1)超长单壁碳纳米管阵列排布在异质基底上；
(2)异质基底调控单壁碳纳米管的能带结构，沿管轴方向将碳纳米 管进行切割，形成n型纳米管段、p型纳米管段、金属型纳米管段以及 p-n结等器件单元；
(3)根据电路设计，将所需的碳纳米管段与源、漏电极及栅极相连 后，互联成为集成电路。
2.如权利要求1所述的单壁碳纳米管器件集成方法，其特征在于：步骤1 中，在SiO2/Si衬底上构建多个凸起和/或凹陷的微纳结构，形成异质 基底，在衬底的一端采用微接触印刷法沉积催化剂，利用化学气相沉 积方法生长超长单壁碳纳米管阵列，超长单壁碳纳米管阵列搭在在异 质基底的微纳结构上。
3.如权利要求2所述的单壁碳纳米管器件集成方法，其特征在于：在碳纳 米管生长过程中施加一气流，气流的方向与微纳结构垂直。
4.如权利要求2或3所述的单壁碳纳米管器件集成方法，其特征在于：在 SiO2/Si衬底上蒸镀金属、半导体或绝缘体的一种或多种，形成凸起微 纳结构。
5.如权利要求2或3所述的单壁碳纳米管器件集成方法，其特征在于：通 过微接触印刷技术沉积分子层，形成凸起微纳结构。
6.如权利要求2或3所述的单壁碳纳米管器件集成方法，其特征在于：在 SiO2/Si衬底上采用电子束刻蚀、反应离子刻蚀得到的凹槽，形成凹陷 的微纳结构。
7.如权利要求6所述的单壁碳纳米管器件集成方法，其特征在于：在 SiO2/Si衬底上刻蚀得到的凹槽中填充金属、半导体或绝缘体材料。
技术领域
本发明属于纳电子器件技术领域，尤其是一种单壁碳纳米管器件集 成方法。
背景技术
碳纳米管电子学是近二十年来的研究热点，其发展分为几个阶段： 首先，研究单根碳纳米管的输运性质；在此基础上构建基于碳纳米管的 电子器件基元，如场效应晶体管和二极管；然后将得到的碳纳米管器件 基元互联成为具有一定功能的逻辑电路；最后实现电路的集成化。前两 个阶段的发展已经取得很大的进展，后两个阶段的研究正在展开。碳纳 米管器件的实用化面临诸多挑战性的课题，如器件加工方法、碳纳米管 结构、性质的可控性(管径、金属性、半导体性和手性角)、容错性器 件结构设计、以及大量单元器件的集成方法等。建立一套高效可控的方 法对碳纳米管能带进行调控，大量获得所需的各种器件单元并将器件单 元高度集成是碳纳米管器件实用化的关键。
发明内容
本发明的上述目的是通过如下的技术方案予以实现的：
一种单壁碳纳米管器件集成方法，其步骤包括：
(1)超长单壁碳纳米管阵列排布在异质基底上，通过异质基底调 控每个单壁碳纳米管的能带结构；
(2)沿管轴方向将碳纳米管进行切割，形成n型纳米管段、p型纳
米管段、金属型纳米管段、以及p-n结等器件单元；
(3)根据电路设计，将所需的碳纳米管段与源、漏电极及栅极相连 后，互联成为集成电路。
步骤1中，在SiO2/Si衬底上构建多个凸起和/或凹陷的微纳结构， 形成异质基底，在衬底的一端采用微接触印刷法沉积催化剂，利用化学 气相沉积方法生长超长单壁碳纳米管阵列，超长单壁碳纳米管阵列搭在 在异质基底的微纳结构上。
步骤1中，在碳纳米管生长过程中施加一气流，气流的方向与微纳 结构垂直。即碳纳米管从催化剂中长出之后在空中漂浮，气流的作用使 得其生长方向与微纳结构垂直，气流停止后碳纳米管落在异质基底上并 垂直搭在微纳结构上。利用气流定向作用生长得到的单壁碳纳米管阵列 长度可达厘米级。
在SiO2/Si衬底上蒸镀金属、半导体或绝缘体的一种或多种，或通 过微接触印刷技术沉积分子层，形成凸起微纳结构。
在SiO2/Si衬底上采用电子束刻蚀、反应离子刻蚀得到的凹槽，形 成凹陷的微纳结构。
在SiO2/Si衬底上刻蚀得到的凹槽中可填充金属、半导体或绝缘体 材料。
经过步骤2后，单壁碳纳米管能带结构沿管轴方向被异质基底调控。 不同的基底材料与碳纳米管的相互作用不同，对碳纳米管能带的调制作 用也会不同。从而在基底表面不同区域形成n型纳米管段、p型纳米管 段、金属型纳米管段、以及p-n结等器件单元，这些器件单元可以构成 实现各种逻辑功能的集成逻辑门电路。例如，由n-FET和p-FET可以构 成互补MOS倒相器，这是标准CMOS电路最基本的单元。从这一基本单 元出发可以得到简单的CMOS逻辑电路如“与非门”(NAND)、“或非门” (NOR)，还可以得到复杂的逻辑电路如“或门”(OR)和“与门”(AND)。 以这几种基本的逻辑电路为基础就可以进一步构建数字集成电路。
本发明的优点：
本发明利用异质基底对单根超长单壁碳纳米管沿管轴方向进行能 带调控，可控的得到所需的器件单元。结合碳纳米管的剪切和互联可以 实现碳纳米管器件的高度集成。利用这种工艺方法制备的碳纳米管逻辑 电路的集成度取决于平行碳管的密度和轴向能带调控的空间分辨率。按 管间距1μm、碳管能带调控长度100nm计算，集成度高达109/cm2。这一 发明为碳纳米管在纳电子器件领域实用化提供了一条可行的途径。
附图说明
图1是本发明单壁碳纳米管器件集成方法流程的示意图；其中，图 1(a)示意的是通过微纳加工技术制备得到的异质基底；图1(b)示意 的是在图1(a)所示的异质基底上沉积催化剂并生长得到的超长定向的 单壁碳纳米管阵列；图1(c)示意的是将单壁碳纳米管沿管轴方向切断； 图1(d)示意的是将碳纳米管管段互联成为集成电路。
图中：1-二氧化硅衬底；2、3、4分别表示不同材料的微纳结构；5 -催化剂层；6-超长定向单壁碳纳米管阵列；7-源电极；8-漏电极； 9-栅电极；10-导线。
图2-a为通过单壁碳纳米管器件集成方法得到的碳纳米管互补 MOS倒相器的示意图；
图2-b为与图2-a相对应的碳纳米管互补MOS倒相器的电原理 图；图中：2-Pt条，宽度为100nm；3-A1条，宽度为100nm。
图3-a为通过单壁碳纳米管器件集成方法得到的碳纳米管CMOS “与门”逻辑电路的示意图3-b为与图3-a相对应的碳纳米管CMOS“与 门”逻辑电路的电原理图。
图中：4-Pd条，宽度为50nm；3-Nb条，宽度为50nm。
具体实施方式
(1)将表面热氧化300nm厚SiO2的硅片清洗干燥后，在其表面旋涂 PMMA，通过电子束刻蚀(EBL)、反应离子刻蚀(RIE)刻蚀得到条形凹 槽结构，凹槽的深度为80nm，宽度为100nm。然后通过电子束沉积(EBD) 蒸镀80nm金属铂(Pt)，剥离之后得到嵌入SiO2的Pt条。
(2)在步骤(1)得到的基底表面再次旋涂PMMA，通过电子束刻蚀 (EBL)、反应离子刻蚀(RIE)得到条形凹槽结构，凹槽的深度为80nm， 宽度为100nm。然后通过电子束沉积(EBD)蒸镀80nm金属铝(Al)，剥 离之后得到嵌入SiO2的Al条。Al条与Pt条平行，间距为500nm。
(3)在步骤(2)得到的基底的一端利用微接触印刷法沉积1× 10-2mol·L-1的FeCl3溶液作为催化剂，置于CVD炉中，在950℃下，以 乙醇作为碳源、Ar气作为载气生长超长单壁碳纳米管阵列，生长时间为 20分钟，生长过程中施加一气流，气流的方向与Pt条垂直，即碳纳米 管从催化剂中长出之后在空中漂浮，气流的作用使得其生长方向与Pt 条垂直；气流停止后碳纳米管落在异质基底上并垂直搭在Pt条与Al条 上。与Pt条接触的管段为p型，与Al条接触的管段为n型。
(4)将Pt条与Al条之间的碳纳米管切断。
(5)将两段管与栅极相联并互相联接形成互补MOS倒相器。图2a 与图2b分别为得到的碳纳米管互补MOS倒相器的示意图与电原理图。
实施例2
(1)将表面热氧化500nm厚SiO2的硅片清洗干燥后，在其表面旋 涂PMMA，通过电子束刻蚀(EBL)、反应离子刻蚀(RIE)得到条形凹槽 结构，凹槽的深度为100nm，宽度为50nm。然后通过电子束沉积(EBD) 蒸镀100nm金属钯(Pd)，剥离之后得到嵌入SiO2的Pd条。
(2)在步骤(1)得到的基底表面再次旋涂PMMA，通过电子束刻蚀 (EBL)、反应离子刻蚀(RIE)刻蚀得到条形凹槽结构，凹槽的深度为 100nm，宽度为50nm。然后通过电子束沉积(EBD)蒸镀100nm金属铌(Nb)， 剥离之后得到嵌入SiO2的Nb条。Nb条与Pd条平行，间距为800nm。
(3)在步骤(2)得到的基底的一端利用微接触印刷法沉积5× 10-3mol·L-1的FeCl3溶液作为催化剂，置于CVD炉中，在920℃下，以 乙醇作为碳源、Ar气作为载气生长超长单壁碳纳米管阵列，生长时间为 30分钟，生长过程中施加一气流，气流的方向与Pd条垂直，即碳纳米 管从催化剂中长出之后在空中漂浮，气流的作用使得其生长方向与Pd 条垂直；气流停止后碳纳米管落在异质基底上并垂直搭在Pd条与Nb条 上。与Pd条接触的管段为p型，与Nb条接触的管段为n型。
(4)将Pd条与Nb条之间的碳纳米管切断。
(5)将两段管与栅极相联，并互相联接形成互补MOS倒相器。图 3a与图3b分别为得到的碳纳米管CMOS“与门”逻辑电路示意图与电原 理图。
综上所述，本发明公开了一种单壁碳纳米管器件集成方法。上 面描述的应用场景和实施例，并非用于限定本发明，任何本领域技术 人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可做各种的更动和润饰，因 此本发明的保护范围视权利要求范围所界定。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 半导体性单壁碳纳米管的提纯方法 | 2020-05-11 | 549 |
| 单壁碳纳米管及其制备方法和应用 | 2020-05-11 | 498 |
| 透明且导电的单壁碳纳米管 | 2020-05-12 | 831 |
| 单壁碳纳米管的制造方法及应用 | 2020-05-12 | 511 |
| 单壁碳纳米管的制备方法 | 2020-05-13 | 823 |
| 使用光偶极阱拣选单壁碳纳米管 | 2020-05-13 | 971 |
| 单壁碳纳米管催化剂 | 2020-05-11 | 910 |
| 单壁碳纳米管分散液以及单壁碳纳米管分散液的制造方法 | 2020-05-11 | 735 |
| 基于单壁碳纳米管的空气阴极 | 2020-05-12 | 145 |
| 一种单壁碳纳米管的CVD制备方法 | 2020-05-13 | 596 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
