專利名稱：具有載流子俘獲材料的單極納米管及有其的場效應(yīng)晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有載流子俘獲材料的將雙極納米管特性轉(zhuǎn)變成單極納米管特性的單極碳納米管以及具有該單極納米管的場效應(yīng)晶體管。
背景技術(shù)：
納米管場效應(yīng)晶體管由于其良好的電特性而廣泛用于電應(yīng)用。然而，納米管場效應(yīng)晶體管通常表現(xiàn)出雙極電特性，這對于器件應(yīng)用是不期望的。
p型碳納米管場效應(yīng)晶體管(CNT FET)可以通過在蝕刻柵極氧化物層之后“V”形切割被蝕刻區(qū)域之下的硅襯底而實現(xiàn)，如Yu-Ming Lin，JoergAppenzeller和Phaedon Avouris在NANO LETTERS(2004，Vol.4，No.5，pp947-950)的文章“The Transformation of Ambipolar CNT FET to UnipolarCNT FET”中所公開的。
然而，上述方法需要復(fù)雜的制造工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種納米管，其中雙極特性通過載流子俘獲材料容易地轉(zhuǎn)變成單極特性。
本發(fā)明還提供具有該納米管的場效應(yīng)晶體管。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種單極碳納米管，包括碳納米管；以及載流子俘獲材料，密封在該碳納米管中，其中該載流子俘獲材料摻雜該碳納米管。
該載流子俘獲材料是鹵素分子，且該碳納米管可以是p型。
該鹵素分子可以是Br或I分子。
該鹵素分子可以分別由奇數(shù)個鹵素原子構(gòu)成。
該載流子俘獲材料可以是電子施主分子，該碳納米管是n型碳納米管。
該電子施主分子可以是堿金屬分子或堿土金屬分子。
該電子施主分子可以是Cs或Ba分子。
根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供一種單極場效應(yīng)晶體管，包括源電極和漏電極；柵極；絕緣層，其將該柵極與該源和漏電極分隔開；碳納米管，其電接觸該源和漏電極并用作該場效應(yīng)晶體管的溝道區(qū)；以及載流子俘獲材料，其密封在該碳納米管中，其中該載流子俘獲材料摻雜該碳納米管。
該場效應(yīng)晶體管還可以包括用于該場效應(yīng)晶體管的襯底，其中該絕緣層形成在該襯底上，該源和漏電極以及該碳納米管設(shè)置在該絕緣層上，且該碳納米管在該源和漏電極之間延伸。
該絕緣層可設(shè)置在該碳納米管上，且該柵極可設(shè)置在該絕緣層上。


通過參照附圖詳細(xì)描述其示例性實施例，本發(fā)明的上述和其它特征及優(yōu)點將變得更加明顯，附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明一實施例的單極碳納米管場效應(yīng)晶體管(CNT FET)的剖視圖；圖2示出密封在CNT中的Br分子；圖3是當(dāng)Br分子和CNT結(jié)合時利用Ab initio程序計算的形成能與CNT的手性的關(guān)系曲線圖；圖4是當(dāng)Br分子和CNT結(jié)合時利用Ab initio程序模擬的CNT的部分態(tài)密度(PDOS)與能量的關(guān)系曲線圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的單極CNT FET的剖視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將參照附圖更完整地描述本發(fā)明，附圖中示出本發(fā)明的示例性實施例。然而，本發(fā)明能夠以很多不同方式實施，并且不應(yīng)解釋為局限于這里提出的實施例；相反，提供這些實施例是使得本公開更徹底而完整，并向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分傳達(dá)本發(fā)明的范圍。
圖1是根據(jù)本發(fā)明一實施例的單極碳納米管場效應(yīng)晶體管(CNT FET)的剖視圖。
參照圖1，單極CNT FET包括形成在導(dǎo)電襯底10例如高度摻雜的硅晶片上的柵極氧化物層11例如硅氧化物層。
設(shè)置為彼此分開預(yù)定距離的電極13和14形成在柵極氧化物層11上。電連接電極13和14的CNT 19形成在電極13和14之間。電極13和14分別用作漏區(qū)和源區(qū)，CNT 19用作溝道區(qū)。另外，導(dǎo)電襯底10用作背柵極電極。
CNT 19可以是單壁CNT。鹵素分子例如Br分子密封在CNT 19中。Br分子的密封可以通過Br原子的離子簇射(ion showering)或通過將CNT浸于Br水溶液中來實現(xiàn)。
圖2示出密封在CNT中的Br分子。參照圖2，Br分子可以由2-5個Br原子構(gòu)成。
圖3是當(dāng)Br分子和CNT結(jié)合時利用Ab initio程序計算的形成能與CNT的手性的關(guān)系曲線圖。水平軸代表CNT的手性，且表示CNT(N，0)結(jié)構(gòu)中的N。
參照圖3，CNT中由奇數(shù)個Br原子構(gòu)成的Br分子(Br3或Br5)的結(jié)合能低于由偶數(shù)個Br原子構(gòu)成的Br分子(Br2或Br4)的結(jié)合能。因此，CNT中容易出現(xiàn)由容易結(jié)合的奇數(shù)個Br原子(Br3或Br5)構(gòu)成的Br分子。
圖4是當(dāng)Br分子和CNT結(jié)合時利用Ab initio程序模擬的CNT的部分態(tài)密度(PDOS)與能量的關(guān)系曲線圖。在圖4中，實線表示CNT的PDOS，虛線表示通過將Br分子和CNT結(jié)合產(chǎn)生的局部自旋密度。圖4中的箭頭表示CNT的帶隙能。
參照圖4，當(dāng)Br3和Br5分子與CNT結(jié)合時產(chǎn)生的局部自旋密度顯著低于費米能級。因此，該狀態(tài)不影響CNT的能帶狀態(tài)。當(dāng)CNT和Br分子結(jié)合時，CNT變成p型，因為Br分子通過與CNT的碳結(jié)合從CNT取得了電子。Br分子是從CNT取得電子的載流子俘獲材料。Br分子與CNT的結(jié)合可以認(rèn)為是強吸附或p摻雜。作為載流子俘獲材料的Br將CNT轉(zhuǎn)變成p型單極CNT。因此，包括p型單極CNT的場效應(yīng)晶體管是p型單極CNT FET。
同時，當(dāng)Br2分子與CNT結(jié)合時，局部自旋密度存在于價帶和導(dǎo)帶之間，且局部自旋密度影響CNT的帶隙能。然而，考慮到Br2和CNT之間的如圖3所示的形成能，Br分子以Br2形式存在的可能性很低。
在本實施例中，Br用作載流子俘獲材料，但本發(fā)明不限于此。例如，諸如碘I分子的鹵素分子可以用作載流子俘獲材料。
另外，堿金屬或堿土金屬例如Cs或Ba可以代替鹵素分子用作載流子俘獲材料。當(dāng)例如Cs或Ba的金屬用作載流子俘獲材料時，CNT變成n型，因為當(dāng)該金屬原子與CNT的碳結(jié)合時該金屬原子向CNT給出電子。金屬原子載流子俘獲材料是向CNT給出電子的電子施主分子。具有n型CNT的場效應(yīng)晶體管是n型場效應(yīng)晶體管。
圖5是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的單極CNT FET的剖視圖。參照圖5，單極CNT FET包括形成在襯底20上的絕緣層21。設(shè)置為彼此間隔開預(yù)定距離的電極23和24形成在絕緣層21上，電連接兩個電極23和24的CNT 29形成在電極23和24之間。柵極氧化物層31形成在CNT 29上。構(gòu)圖的柵極電極33在柵極氧化物層31上形成于電極23和24之間溝道區(qū)之上。電極23和24分別用作漏區(qū)和源區(qū)，CNT 29用作溝道區(qū)。
CNT 29可以是單壁CNT。鹵素分子例如Br分子密封在CNT 29中。Br分子是Br3或Br5分子。作為載流子俘獲材料的Br分子將CNT 29轉(zhuǎn)變成p型單極CNT。因此，具有CNT 29的場效應(yīng)晶體管是p型單極CNT FET。
根據(jù)本發(fā)明，CNT的雙極特性通過在CNT中密封載流子俘獲材料可以轉(zhuǎn)變成單極特性。
另外，可以根據(jù)載流子俘獲材料的使用來實現(xiàn)p型和n型CNT和FET。
盡管本發(fā)明參照其實施例進行了特定示出和描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，在不脫離本發(fā)明的權(quán)利要求所定義的精神和范圍的情況下可以進行形式和細(xì)節(jié)上的各種改變。
權(quán)利要求
1.一種單極碳納米管，包括碳納米管；以及載流子俘獲材料，密封在該碳納米管中，其中該載流子俘獲材料摻雜該碳納米管。
2.如權(quán)利要求1所述的單極碳納米管，其中該載流子俘獲材料是鹵素分子，且該碳納米管是p型碳納米管。
3.如權(quán)利要求2所述的單極碳納米管，其中該鹵素分子是Br或I分子。
4.如權(quán)利要求2所述的單極碳納米管，其中該鹵素分子分別由奇數(shù)個鹵素原子構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1所述的單極碳納米管，其中該載流子俘獲材料是電子施主分子，且該碳納米管是n型碳納米管。
6.如權(quán)利要求5所述的單極碳納米管，其中該電子施主分子是堿金屬分子或堿土金屬分子。
7.如權(quán)利要求6所述的單極碳納米管，其中該電子施主分子是Cs或Ba分子。
8.如權(quán)利要求1所述的單極碳納米管，其中該碳納米管是單壁碳納米管。
9.一種單極場效應(yīng)晶體管，包括源電極和漏電極；柵極；絕緣層，其將該柵極與該源和漏電極分隔開；碳納米管，其電接觸該源和漏電極并用作該場效應(yīng)晶體管的溝道區(qū)；以及載流子俘獲材料，其密封在該碳納米管中，其中該載流子俘獲材料摻雜該碳納米管。
10.如權(quán)利要求9所述的場效應(yīng)晶體管，其中該載流子俘獲材料是鹵素分子，且該場效應(yīng)晶體管是p型場效應(yīng)晶體管。
11.如權(quán)利要求10所述的場效應(yīng)晶體管，其中該鹵素分子是Br或I分子。
12.如權(quán)利要求10所述的場效應(yīng)晶體管，其中該鹵素分子分別由奇數(shù)個鹵素原子構(gòu)成。
13.如權(quán)利要求9所述的場效應(yīng)晶體管，其中該載流子俘獲材料是電子施主分子，且該場效應(yīng)晶體管是n型場效應(yīng)晶體管。
14.如權(quán)利要求13所述的場效應(yīng)晶體管，其中該電子施主分子是堿金屬分子或堿土金屬分子。
15.如權(quán)利要求9所述的場效應(yīng)晶體管，其中該電子施主分子是Cs或Ba分子。
16.如權(quán)利要求9所述的場效應(yīng)晶體管，還包括用于該場效應(yīng)晶體管的襯底，其中該絕緣層形成在該襯底上，該源和漏電極以及該碳納米管設(shè)置在該絕緣層上，且該碳納米管在該源和漏電極之間延伸。
17.如權(quán)利要求16所述的場效應(yīng)晶體管，其中該襯底被摻雜從而用作背柵極。
18.如權(quán)利要求9所述的場效應(yīng)晶體管，其中該絕緣層設(shè)置在該碳納米管上，且該柵極設(shè)置在該絕緣層上。
19.如權(quán)利要求9所述的場效應(yīng)晶體管，其中該碳納米管是單壁碳納米管。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有載流子俘獲材料的單極碳納米管以及具有該單極碳納米管的單極場效應(yīng)晶體管。密封在碳納米管中的載流子俘獲材料通過摻雜該碳納米管而容易地將碳納米管的雙極特性轉(zhuǎn)變成單極特性。另外，p型和n型碳納米管和場效應(yīng)晶體管可以根據(jù)載流子俘獲材料來實現(xiàn)。
文檔編號H01L29/78GK101022131SQ20061012188
公開日2007年8月22日 申請日期2006年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月16日
發(fā)明者樸玩濬, 樸魯政 申請人:三星電子株式會社