專利名稱：N型碳納米管場效應晶體管及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有n摻雜的碳納米管(CNT)的場效應管(FET)以及制備該n型CNT FET的方法，更特別地，本發(fā)明涉及一種通過在CNT層上吸附電子施主原子來制備的具有n摻雜的CNT的n型CNT FET以及制備該n型CNT FET的方法。
背景技術：
碳納米管(CNT)具有優(yōu)異的機械和化學性質，并且具有長達1微米的長度以及從幾納米到幾十納米的直徑。CNT具有優(yōu)異的導電性，可以應用于電子器件。對于CNT在各種器件中的使用已經進行了大量的研究，現(xiàn)在它們可以應用于電場反射器件、光通信領域中的光開關、生物器件等。
制造CNT的方法在本領域中是公知的。示例包括電弧放電、脈沖激光汽化、化學氣相沉積、絲網印刷、旋涂。
為了將CNT用于比如互補金屬氧化物半導體(CMOS)晶體管的半導體器件中，需要p型以及n型MOS晶體管。通常，很容易對CNT進行空穴摻雜(p型摻雜)。
美國專利申請第2003-122,133號描述了一種使用氧或鉀離子作為摻雜劑來制備n型納米管的方法。但是，難于將氧分子分解為氧原子，并且難于操作鉀離子。
為了克服這些問題，美國專利第6,723,624建議了另外一種n型摻雜方法。在該方法中，使用等離子增強化學氣相沉積(PECVD)將氮化硅(SiNx)沉積在CNT上，然后加熱，由此制備n型(電子摻雜)的CNT。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種具有n摻雜的碳納米管的場效應管(FET)及其制備方法，該場效應管是通過在作為溝道區(qū)域的CNT層上形成含有電子施主原子的柵極氧化層來制備的。
根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種n型CNT FET，包括襯底；形成襯底上并彼此分隔開的電極；形成于襯底上并電連接到電極的碳納米管；形成于碳納米管上的柵極氧化層；以及形成于柵極氧化層上的柵極電極，其中柵極氧化層含有電子施主原子，該電子施主原子向碳納米管貢獻電子，使得碳納米管是由電子施主原子n摻雜的。
柵極氧化層可以通過使用原子層沉積(ALD)工藝來沉積含有V族原子的氧化物或氮化物而形成。
V族原子可以是鉍。
氧化物可以是鉍鈦硅氧化物(BTSO)。
根據本發(fā)明的另一個方面，提供了一種n型CNT FET，包括導電襯底；形成于導電襯底上的柵極氧化層；形成柵極氧化層上并彼此分隔開的電極；以及形成于柵極氧化層上并電連接到電極的碳納米管，其中柵極氧化層含有電子施主原子，該電子施主原子向碳納米管貢獻電子，使得碳納米管是由電子施主原子n摻雜的。
根據本發(fā)明的又一個方面，提供了一種制備n型CNT FET的方法，包括在襯底上形成彼此隔開的電極；在襯底上形成碳納米管，使得碳納米管電連接到電極；在碳納米管上通過沉積含有電子施主原子的氧化物或氮化物形成柵極氧化層；在柵極氧化層上形成柵極電極，其中碳納米管通過電子施主原子被n摻雜。
根據本發(fā)明的再一個方面，提供了一種制備n型CNT FET的方法，包括在導電襯底上，通過在該襯底上沉積含有電子施主原子的氧化物或氮化物形成柵極氧化層；在柵極氧化層上形成彼此間隔開的電極；以及在柵極氧化層上形成碳納米管，使得碳納米管電連接到電極，其中碳納米管通過電子施主原子被n摻雜。
附圖簡介參考附圖，通過對本發(fā)明示范型實施例的詳細說明，本發(fā)明的上述或其他特征或優(yōu)點將變得更加明顯，在附圖中

圖1是根據本發(fā)明實施例的n型碳納米管場效應管(CNT FET)的橫截面視圖；圖2是根據本發(fā)明另一個實施例的n型CNT FET的橫截面視圖；
圖3和圖4分別是CNT FET在沉積鉍鈦硅氧化物(BTSO)之前和之后的I-V圖；圖5A至5E是圖示根據本發(fā)明實施例的制備n型CNT FET的方法的橫截面視圖；圖6A至6C是圖示根據本發(fā)明另一個實施例的制備n型CNT FET的方法的橫截面視圖。
具體實施例方式
下面，將參考附圖，對根據本發(fā)明實施例的具有n型CNT的n型碳納米管場效應晶體管(CNT FET)以及制備n型CNT FET的方法進行詳細的描述。
圖1是根據本發(fā)明實施例的n型CNT FET的橫截面視圖。
參考圖1，絕緣層11形成于襯底10上。CNT 12形成于絕緣層11上，電極13和14分別形成于CNT 12的兩端。電極13和14分別作為漏極區(qū)域和源極區(qū)域，并且CNT 12作為溝道區(qū)域。
柵極氧化層15覆蓋CNT 12，柵極電極16形成于柵極氧化層15上、電極13和14之間。
柵極氧化層15由氧化物或氮化物形成，并起到電子施主層的作用。柵極氧化層15含有V族原子，比如N、P、As、Sb或Bi。柵極氧化層15可以由鉍鈦硅氧化物(BTSO)組成，并且通過使用原子層沉積(ALD)工藝形成。當BTSO層沉積在CNT 12上時，鉍將電子貢獻給CNT 12，由此n摻雜CNT 12的表面。圖1所圖示的電子器件是頂柵極n型CNT FET。
圖2是根據本發(fā)明另一個實施例的n型CNT FET的橫截面視圖。
參考圖2，柵極氧化層21形成于導電襯底20，例如高度摻雜的硅晶片上。CNT 22形成于柵極氧化層21上，電極23和24分別形成于CNT 22兩端之下。電極23和24分別作為漏極區(qū)域和源極區(qū)域，并且CNT 22作為溝道區(qū)域。導電襯底20作為柵極電極。
柵極氧化層21由氧化物或氮化物形成，并起到電子施主層的作用。柵極氧化層21含有V族原子，比如N、P、As、Sb或Bi。柵極氧化層21可以由BTSO組成，并且通過使用ALD工藝形成。當CNT 22沉積在BTSO層上時，鉍將電子貢獻給CNT 22，由此n摻雜CNT 22的表面。圖2所圖示的電子器件是底柵極n型CNT FET。
圖3和圖4分別是CNT FET在沉積BTSO之前和之后的I-V圖。
參考圖3，CNT在沉積BTSO之前是輕度p摻雜的。當電壓Vds被施加于漏極電極和源極電極并且柵極偏壓Vg被負方向施加時，晶體管開啟。于是，CNT表現(xiàn)出p型特性。
參考圖4，CNT在沉積BTSO之后是n摻雜的。當電壓Vds被施加于漏極電極和源極電極并且柵極偏壓Vg被正方向施加時，晶體管開啟。于是，CNT表現(xiàn)出n型特性。因此，通過在CNT上沉積BSTO的CNT是n摻雜的。
圖5A至5E是圖示根據本發(fā)明實施例的制備n型CNT FET的方法的橫截面視圖。
參考圖5A，在襯底30上沉積絕緣層31，例如氧化層。當襯底30是由非導電材料制成的時，可以省略絕緣層31。
參考圖5B，將導電層形成于絕緣層31上，并構圖來形成彼此分隔開的漏極電極33和源極電極34。
參考圖5C，將CNT 32形成于絕緣層31上，使得CNT 32電連接到電極33和34。CNT 32直接生長在絕緣層31上，或使用傳統(tǒng)方法，例如絲網印刷、旋涂等形成。該CNT 32表現(xiàn)出p型特性。
參考圖5D，將柵極氧化層35沉積在CNT 32。柵極氧化層35可以通過使用ALD工藝在300℃沉積BTSO來形成。水蒸氣可以被用作氧源。當BTSO層沉積在CNT 32上時，來自BTSO層的電子由CNT 32的表面吸附，于是CNT 32是n摻雜的。由于柵極氧化層35被用作電子施主層，所以可用簡單的過程很容易地進行n摻雜。
雖然在上面的描述中柵極氧化層35是由氧化物形成的，但是柵極氧化層35的組成并不限于此。柵極氧化層35可以含有V族原子N、P、As、Sb或Bi中的一種。
參考圖5E，柵極電極36形成于柵極氧化層35上、電極33和34之間。柵極電極36可以使用構圖工藝形成。
圖6A至6C是圖示根據本發(fā)明另一個實施例的制備n型CNT FET的方法的橫截面視圖。
參考圖6A，柵極氧化層41形成于導電襯底40，比如高度摻雜的硅襯底上。柵極氧化層41可以通過使用ALD工藝在300℃沉積BTSO來形成。水蒸汽可以被用作氧源。
參考圖6B，將導電層形成于柵極氧化層41上，并構圖來形成彼此分隔開的漏極電極43和源極電極44。
考圖6C，通過直接在柵極氧化層41上生長，或使用傳統(tǒng)方法，例如絲網印刷、旋涂等，將CNT 42形成于柵極氧化層41上。來自BTSO的柵極氧化層41的電子由CNT 42的表面吸附，其具有p型特性，因此CNT 42是n摻雜的。
在根據本發(fā)明的制備n型CNT FET的方法中，CNT通過使用作為電子施主層的柵極氧化層被n摻雜。于是可用簡化的工藝很容易地進行n摻雜。
此外，在根據本發(fā)明的制備n型CNT FET的方法中，傳統(tǒng)的p摻雜的CNT可以被轉換為n摻雜的CNT，于是可以被應用到包括p型器件和n型器件等的邏輯器件中。
盡管已經參考本發(fā)明的示范性實施例對其進行了具體地示出和描述，但是本發(fā)明的普通技術人員將理解，在不背離由權利要求所界定的精神和范圍的情形下，可以在其中進行各種形式和細節(jié)的變化。
權利要求
1.一種n型碳納米管場效應晶體管，包括襯底；電極，形成于所述襯底上并彼此分隔開；碳納米管，形成于所述襯底上并電連接到所述電極；柵極氧化層，形成于所述碳納米管上；以及柵極電極，形成于所述柵極氧化層上；其中，所述柵極氧化層含有電子施主原子，所述電子施主原子向所述碳納米管貢獻電子，使得所述碳納米管是由所述電子施主原子n摻雜的。
2.如權利要求1的n型碳納米管場效應晶體管，其中，所述柵極氧化層是通過使用原子層沉積工藝來沉積含有V族原子的氧化物或氮化物而形成的。
3.如權利要求2的n型碳納米管場效應晶體管，其中，所述V族原子是鉍。
4.如權利要求3的n型碳納米管場效應晶體管，其中，所述氧化物是鉍鈦硅氧化物。
5.一種n型碳納米管場效應晶體管，包括導電襯底；柵極氧化層，形成于所述導電襯底上；電極，形成所述柵極氧化層上并彼此分隔開；以及碳納米管，形成于所述柵極氧化層上并電連接到所述電極；其中，所述柵極氧化層含有電子施主原子，所述電子施主原子向所述碳納米管貢獻電子，使得所述碳納米管是由所述電子施主原子n摻雜的。
6.如權利要求5的n型碳納米管場效應晶體管，其中，所述柵極氧化層是通過使用原子層沉積工藝來沉積含有V族原子的氧化物或氮化物而形成的。
7.如權利要求6的n型碳納米管場效應晶體管，其中，所述V族原子是鉍。
8.如權利要求7的n型碳納米管場效應晶體管，其中，所述氧化物是鉍鈦硅氧化物。
9.一種制備n型碳納米管場效應晶體管的方法，包括在襯底上形成彼此隔開的電極；在所述襯底上形成碳納米管，使得所述碳納米管電連接到所述電極；在所述碳納米管上通過沉積含有電子施主原子的氧化物或氮化物形成柵極氧化層；在所述柵極氧化層上形成柵極電極；其中，所述碳納米管通過所述電子施主原子被n摻雜。
10.如權利要求9所述的方法，其中，所述柵極氧化層是通過使用原子層沉積工藝來沉積含有V族原子的氧化物或氮化物而形成的。
11.如權利要求10所述的方法，其中，所述V族原子是鉍。
12.如權利要求10所述的方法，其中，所述氧化物是鉍鈦硅氧化物。
13.一種制備n型碳納米管場效應晶體管的方法，包括在導電襯底上，通過在所述襯底上沉積含有電子施主原子的氧化物或氮化物形成柵極氧化層；在所述柵極氧化層上形成彼此間隔開的電極；以及在所述柵極氧化層上形成碳納米管，使得所述碳納米管電連接到所述電極，其中，所述碳納米管通過所述電子施主原子被n摻雜。
14.如權利要求13所述的方法，其中，所述柵極氧化層是通過使用原子層沉積工藝來沉積含有V族原子的氧化物或氮化物而形成的。
15.如權利要求14所述的方法，其中，所述V族原子是鉍。
16.如權利要求14所述的方法，其中，所述氧化物是鉍鈦硅氧化物。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有n型碳納米管的場效應管(CNT FET)以及制備該n型CNT FET的方法。該n型CNT FET包括襯底；形成襯底上并彼此分隔開的電極；形成于襯底上并電連接到電極的碳納米管；形成于碳納米管上的柵極氧化層；以及形成于柵極氧化層上的柵極電極，其中柵極氧化層含有電子施主原子，該電子施主原子向碳納米管貢獻電子，使得碳納米管是由電子施主原子n摻雜的。
文檔編號H01L21/336GK1755942SQ20051008741
公開日2006年4月5日 申請日期2005年7月22日 優(yōu)先權日2004年10月2日
發(fā)明者裵恩珠, 閔約賽, 樸玩濬 申請人:三星電子株式會社