1、集成電路工程 2014204205 侯露輝印刷碳納米管薄膜晶體管的研究侯露輝（天津大學 電子信息學院，天津 300072）摘要：我們回顧了單壁碳納米管的生產、提純技術與單壁碳納米管薄膜晶體管（SWCNT-TFTs）的制作與特性的現狀。制作單壁碳納米管最流行的方發是化學氣相沉積法（CVD），它包括等離子增強化學氣相沉積法（PECVD）、浮動催化化學氣相沉積（FCCVD）于熱化學氣相沉積法（thermal CVD）。分離用于制作薄膜晶體管的碳納米管（CNTS）的方法有電擊穿法、密度梯度超速離心法與基于凝膠分離的方法。同時，我們也回顧了用碳納米管隨機網絡作為單壁碳納米管薄膜晶體管的導電溝道的技術，敘

2、述分析了全球研究人員的出色工作，敘述了單壁碳納米管薄膜晶體管的獨特的性質。另外，我們還探究了單壁碳納米管薄膜晶體管未來可能的應用。最后，我們總結了關于碳納米管薄膜晶體管未來需要解決的幾個重要問題。關鍵詞：單壁碳納米管薄膜晶體管，提純技術，碳納米管隨機網絡，ABSTRACT: We review the present status of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) for their production and purification technologies, as well as the fabrication and propert

3、ies of single-walled carbon nanotube thin film transistors (SWCNT-TFTs). The most popular SWCNT growth method is chemical vapor deposition (CVD), including plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD), floating catalyst chemical vapor deposition (FCCVD), and thermal CVD. Carbon nanotubes (CNTs)

4、 used to fabricate thin film transistors are sorted by electrical breakdown, density gradient ultracentrifugation, or gel-based separation. The technologies of applying CNT random networks to work as the channels of SWCNT-TFTs are also reviewed. Excellent work from global researchers has been benchm

5、arked and analyzed. The unique properties of SWCNT-TFTs have been reviewed. Besides, the promising applications of SWCNT-TFTs have been explored. Finally, the key issues to be solved in future have been summarized.Key word：single-walled carbon nanotubes，purification technologies ，CNT random networks

6、1. 引言我們可以認為碳納米管（CNT）是單層的石墨卷成圓筒狀所形成的，最近幾年人們從多個反面研究了它。研究人員已經證實碳納米管有著獨特的性質，例如高電流密度（超過109A/cm2）、出色的熱導率（約6600W/mK）、彈道輸運、高機械彈性（楊氏模量高達1.2TPa）和高光透明度（超過90%）。由于這些顯著的性質，人們期望把CNTS,特別是單壁納米管，用作連線或者互連材料，或者用作場效應晶體管的溝道替代材料。它還是超級規模集成電路的候選材料。碳基納米電子學一直被認為是在未來五年內最有前途的以商業演示為目標的新興設備技術。薄膜晶體管（TFTs）被廣泛地用于平板顯示，柔性電子和傳感應用方面。最常見

7、的薄膜晶體管是用非晶硅（-Si）或者多晶硅作為晶體管的導電溝道。非晶硅薄膜晶體管能滿足大面積和由低到中等顯示速度的要求，一致性與穩定性特別好。多晶硅薄膜晶體管一個優點是遷移率很高。然而這兩種晶體管都有自己的局限，以至于它們沒有一個被廣泛地應用與更加先進的顯示器中。非晶硅對光特別敏感，并且-Si器件的載流子遷移率低于2 cm2/Vs，所以它不能滿足幀速率高達120Hz甚至更高的高速顯示器的要求。盡管多晶硅薄膜晶體管的遷移率足夠高，但是它缺乏彈性和透明度，這對柔性器件來說是致命的。金屬氧化物薄膜晶體管能夠同時滿足顯示器所要求的遷移率與透明度，這不能不說是一項創新。然而，現在的金屬氧化物薄膜晶體管并

8、不穩定，因為它對光照、溫度和水蒸氣敏感，并且它在負偏置照明應力的作用下不穩定，導致閾值電壓向負偏置電壓方向漂移。單壁碳納米管既擁有高遷移率，高透明度，又擁有好的彈性。這些吸引人的特性滿足了薄膜晶體管的要求，使得碳納米管成為高性能薄膜晶體管溝道的最有希望的候選材料。自從2004年以來，這個研究領域已經吸引了眾多研究人員的注意，他們為此進行了深入細致的研究。在這里，我們回顧一下單壁碳納米管薄膜晶體管的制造技術與應用，并探究了它的電氣性能，機械性能和彈性。同時，我們也描述了它所需要解決的問題。2. 單壁碳納米管的制作2.1碳納米管的制作傳統制作碳納米管的方法有電弧放電，激光燒蝕和化學氣相沉積。在這些

9、方法中，因為化學氣相沉積具有制作成本低，合成可控和高產出等優點，所以它是被最廣泛采用的一種方法。通過控制催化劑、碳源、氣壓和反應溫度等參數，研究人員可以控制某種具體應用的碳納米管的位置、方向和直徑。在1991年富勒烯的電弧蒸發過程中，碳納米管是首次被發現。1995年Guo等人用激光燒蝕法制作了碳納米管。1992年Ebbesen與 Ajayan首次用電弧放電的方法大批量合成了碳納米管。用激光和電弧的方法來合成碳納米管需要很高的溫度（1200或者更高），并且很難控制碳納米管生成的位置與排列順序。用來制作薄膜晶體管的碳納米管通常是用熱化學氣相沉積法或者等離子增強化學氣象沉積法來合成的。浮動催化化學氣

10、相沉積法也是生成碳納米管的一種可選方法。圖1 熱化學氣相沉積法生成的CNTs的SEM圖像。（a）和（b）顯示不同催化劑厚度下的CNTs。(a)5nm厚的鐵催化劑薄膜；（b）10nm厚的催化劑薄膜熱化學氣相沉積法是生成碳納米管的一種傳統的方法，很多機構在實驗中應用這種方法制作了碳納米管。這種方法需要在高達900甚至更高的溫度與鐵或鐵鹽觸媒的催化下才能合成碳納米管。Huczko試圖一種溫度在500750范圍的低溫工藝來生成碳納米管，他發現催化劑的厚度是影響碳納米管的密度與直徑的關鍵因素。圖1給出了不同催化劑厚度條件下，碳納米管的生長圖。該圖表明催化劑越厚，碳納米管的直徑與密度就越小。自從1992年

11、以來，等離子增強化學氣相沉積法一直是合成碳納米管的方法。Li等人用此方法獲得了比例高的半導體碳納米管。用單分散的鐵蛋白顆粒與鐵薄膜作為催化劑，SiO2/Si作為基底，Li在氬氣的環境中合成了碳納米管。這些碳納米管的直徑從0.8nm到1.5nm不等，平均直徑為1.2nm。等離子增強化學氣相沉積法的一個優點是其產物的主要成分是半導體碳納米管，比例高達90%。半導體碳納米管對生成薄膜晶體管非常關鍵。圖2表明了所產生的碳納米管是高質量的單壁碳納米管。圖2 用PECVD法生成的SWCNTs的AFM和TEM圖像。（a）低密度鐵蛋白催化劑條件下生成的納米管AFM圖像；（b）在催化劑粒子條件下生成的納米管AF

12、M圖像；（c）直徑為1.2nm的SWCNTs的TEM圖像。Liu等人提出用浮動催化化學氣相沉積法來合成碳納米管。他們已經證實用這種方法可以在低溫下合成高質量的碳納米管。這種方法成本低，適合大批量合成不同直徑的碳納米管。Moisala等人已經證實：在溫度891928范圍內，在二茂鐵和一氧化碳的條件下，用這種等離子增強化學氣相沉積法能生成單壁碳納米管。2.2 金屬碳納米管的分離在合成碳納米管過程中，金屬碳納米管與半導體碳納米管一直共存。這對以單壁碳納米管為基礎的電子業的發展是一種致命的障礙。因為金屬碳納米管缺乏門控制，并降低了器件的開/關比。分離金屬和半導體碳納米管是一種非常關鍵的技術，并吸引了研

13、究人員進行廣泛而深入的努力。人們提出了不同創新方法來解決這個問題，包括電擊穿法、密度梯度超速離心法、基于凝膠分離的方法與DNA序列分離法。每種方法都有自己的優點。例如，利用電擊穿分離納米管，制作器件時不需要任何多余的工藝。用密度梯度超速離心法分離納米管可以獲得高達98%純度的半導體碳納米管。2.3 碳納米管的制作工藝提純碳納米管后，半導體碳納米管可以用來制作場效應晶體管或者薄膜晶體管。薄膜晶體管中，碳納米管以包含隨機網絡的薄膜的形式存在的。制作碳納米管隨機網絡有很多方法，包括過濾法，浸漬涂敷法，轉印法，噴墨打印法，噴涂法，噴射沉積法和直接干轉移法。這些方法大都把碳納米管從一個基底上轉移到另外一

14、個目標基底上。大多數目標基底是聚合物，因此不能承受高溫。每一種方法都都有它的特色。用過濾法可以形成均勻一致的碳納米薄膜，并且這些薄膜可以轉移到別的基底上。然而這種工藝比較復雜。浸漬涂敷法，轉印法，和噴涂法都是低溫工藝。Okimoto等人已經在低溫80下，用噴墨打印法制作了器件。浸漬涂敷法和噴涂法都是簡單的制作工藝。然而，噴涂法不能用于大面積或者大批量生產。用噴涂法制作的薄膜一致性不好。浸漬涂敷法缺乏可控性。下面，我們詳細的介紹幾種提純的方法。2.3.1 過濾法Hu等人用真空過濾的方法獲得了一致性很好的單壁碳納米管薄膜。他們在三氯甲烷中溶解了經過超聲波處理的CNTs,獲得了密度為0.2mg/L的

15、碳納米管懸濁液。然后，通過多孔氧化鋁濾膜對稀釋的CNTs進行真空過濾。過濾后，碳納米管留在了濾膜上，并形成了互連網絡，如圖3所示。2.3.2 浸漬涂敷法浸漬涂敷法是的獲得薄膜的一種傳統方法。圖四是xiong等人浸漬涂敷的工藝與制作器件的流程。他們在硅基底上用修改了的聚對二甲苯-C作為粘合層，然后用光刻的方法界定微通道。之后，把薄片浸到末端含有羥酸根的SWCNT溶液中，慢慢往上拉。粘附在聚對二甲苯-C表面的SWCNTs形成了帶狀結構，如圖4所示。用這種方法獲得的SWCNTs具有良好的電特性和光學特性。圖3 氧化鋁濾膜上的CNTs的SEM圖像。（a）和（b）顯示了不同的隨機網絡密度。圖4 在一個柔

16、性的基底上的SWCNTs的直接圖案結構示意圖。用等離子體O2處理聚對二甲苯-C 30s，使其疏水面變為親水面，并通過光刻的方法界定了微通道。然后把薄片浸入到含水的SWCNTs溶液中，并以0.1mm/min的速度緩慢的向上拉起。完成浸漬涂敷后，用丙酮除去光刻膠。具有彈性的二甲苯-C SWCNTS薄膜能從基底上剝離。2.3.3 噴墨打印法Hebner 等人在1998年用噴墨打印法制作了有機發光二極管。從那以后，噴墨打印法被廣泛地用于電子器件制作。噴墨打印法是通過把目標材料作為墨水的打印機來制作器件的，SWCNT打印是用SWCNT溶液作為墨水，把碳納米管打印到基底上，形成薄膜通道。器件的其余部分可以

17、通過標準制造工藝來制作，例如沉積，光刻，刻蝕等等，或者，作為一種可選方法，可以通過打印直接制作這些部分。噴墨打印法的優點是材料浪費少，對環境無害。因此，它在減少環境危害很節約能源方面有很潛在的應用價值，并且它還能節約生產成本。此外，它或許能應用與工業批量生產。2.3.4 轉印法轉印法已經被廣泛地應用于轉移高溫下在石英或者硅基底上用CVD法生成的CNTs。在轉印工藝中，CNTs被粘附在犧牲層上，然后轉移到目標基底上，之后除去犧牲層。轉印技術已經很成熟。用轉印法能形成CNT隨機網絡或者排列有序的CNTs。轉印法的另外一個優勢是它可以應用與非平面基底上。除了上述方法，Ma、Zhu 和Wei等人發明了

18、用浮動催化CVD在原地生長CNT薄膜的方法，這是一個直接且高效的方法，但是它要求至少600的溫度。因此這種方法與標準彈性薄膜晶體管生產工藝不兼容。因為標準生產工藝所用的基底通常是玻璃或者聚合物，這些物質只能在低溫下穩定。2.4 SWCNT-TFT的結構與制作圖5顯示了一個單壁碳納米管薄膜晶體管的典型結構?；咨瞎杵蛘邚椥跃酆衔铩系朗且粋€隨機CNTs組成的網絡。圖五（a）硅基底作為器件的背柵，SiO2作為器件的柵極絕緣層。普遍應用的聚合物為聚碳酸酯（PC），聚酰亞胺（PI）, 聚萘2-甲酸乙二醇酯（PEN）等等。圖5 SWCNTs-TFT典型結構（a）原理示意圖1，這種TFT是制作在硅片上的

19、，硅基底作為背柵，二氧化硅作為柵絕緣層（b）原理示意圖2，這種TFT是制作在彈性基底上的，例如聚酰胺（c）用SWCNT網絡作為溝道，在硅基底上制作的TFT的SEM圖像對于聚合物基底的器件，在制作之初，為了保證界面的平整，人們把彈性基底黏貼在硅片上。Ti與Au緊貼基底，作為背柵電極。用原子層沉積的方法，在柵電極上沉積一層厚度為2040nm的Al2O3（有時是一薄層SiO2）作為柵絕緣層。為了增強SWCNTs與柵絕緣層之間的粘合力，薄片被浸在3-氨基丙基三的水溶液中30分鐘。之后，把單層SWCNTs轉移到柵絕緣層上。最后一步，把Ti/Pd用沉積的方法形成源極與漏極。之前我們已經介紹了噴墨打印法制作

20、CNT薄膜。人們提出了另外一種用噴墨打印技術制作整個器件的創新工藝。如圖6所示，包括源極和漏極，整個器件都是由噴墨打印制作的。圖6 用噴墨打印法制作SWCNTs-TFT工藝流程示意圖，整個器件是用打印法來完成的。首先，在基底上打印一層銀墨水作為源極和漏極。在180的溫度下對銀層進行燒結以獲得低電阻。然后把SWCNT溶液作為墨水打印導電溝道。之后，再打印另外一層銀以增強SWCNT與銀電極之間的接觸。最后制作柵絕緣層與柵極。3. SWCNT-TFTs的特性3.1 SWCNT-TFTs的電特性圖7顯示了SWCNT-TFTs樣品的電特性。從漏電流-漏電壓曲線可以看出，晶體管表現出P型特性?？鐚€呈現

21、出一個峰值，在它附近有一個接近線性的亞閾斜率。當漏電壓較小時，漏電壓與漏電流之間表現出線性關系。隨著漏電壓的增加，該器件表現出半導體特性，晶體管呈現P型。溝道長度影響漏電流，溝道越長，開電流越小, 關電流也隨著溝道長度的增加而減小。如圖7所示，電流密度隨著溝道長度改變而改變。圖7 電流示意圖和SWCNT-TFT的開/關比（a）開電流與關電流相對溝道長度的變化（b）電流的開/關比相對溝道長度的變化SWCNT-TFT的開關比與CNT的純度密切相關。金屬型CNT的存在提供了一條滲流通道，使得關電流顯著增加，并減小了電流的開/關比。如圖7所示，Sun等人證實，電流的開/關比同樣與溝道長度有關。大多數實

22、驗證明，由于小部分的金屬性納米管的存在，電流的開/關比隨著溝道長度的增大而增大。據報道，最高電流開/關比為6×106，這對操作有機發光二極管已經足夠了。表1顯示了不同的研究機構所報道的SWCNT-TFTs的性質。通過對比可知，不同的制作工藝，SWCNT-TFTs表現出的性質大不相同。表1不同的研究機構所報道的SWCNT-TFTs的性質由表1知，樣品NO6的Ion/W高達125A/m,樣品NO3的電流開/關比高達6×106，有序排列的碳納米管薄膜晶體管的遷移率高達3500cm2/Vs, 跨導（gm/W)能到40s/m.表中的對比是相對的，因為它們的Ion，gm和遷移率是在不同

23、的工作電壓和條件下測出的。不同的溝道長度同樣也影響它們的電參數。對于隨機網絡CNT器件,遷移率能通過方程式𝜇 =gmLch/CoXVDSWch計算出，CoX為CNT隨機網絡的溝道電容，從表1看出，最高的遷移率為67cm2/Vs。Chandra等人給出遷移率隨著溝道的增加而減小，對這個結果的解釋是器件的性能是由溝道區域的電子散射決定的，而不是由金屬接觸。對于具有相似溝道長度的晶體管，用長碳納米管將形成更少的CNT-CNT結，結果形成更大的遷移率。遷移率隨著納米管的密度的增加而增加。有序排列的SWCNT-TFTs比隨機網路的SWCNT-TFTs遷移率高很多。這是因為有序排列的CNT

24、s顯著降低了管與管之間的結數目，載流子在一定程度上能通過彈道輸運的方式流動。金屬型CNTs的存在也能增加遷移率。溝道長度與與碳納米管之間存在一定的關系。當碳納米管的長度與溝道長度相當或者金屬碳納米管的含量超過滲流閾值時，金屬碳納米管能直接將源極與漏極連接在一起，導致遷移率顯著的增大，同時開電流與關電流也增大。所以我們要權衡遷移率與電流開/關比之間的關系?？鐚m/W是另一個描述器件性能的重要參數。標準跨導約為4s/m，從Cao等人最近的研究得知，跨導值能高達40s/m?？鐚c遷移率一樣，它與溝道長度成反比。3.2 SWCNT-TFTs的光學特性SWCNT-TFTs表現出良好的光學特性。Wu等人

25、通過過濾法得到了50nm厚的CNT薄膜，其透明度在可見光范圍內高達70%，在波長為2um的近紅外光下透明度高達90%。Zhang等人已經制作出在可見光范圍內的透明度高達82%。圖8是薄膜晶體管的透明度曲線。插入圖為在2英寸正方形玻璃基底上的器件的圖像。除了有高的光透明度，SWCNT-TFTs對紫外線或者可見光有很高的感光靈敏度。在Park等人的研究中，他們測量了對紫外線與可見的光反應，如圖9，實驗結果表明，當晶體管暴露在紫外線下，光誘導載流子的增加，漏電流顯著的增大。3.3 SWCNT-TFTs的機械特性碳納米管有優良的機械特性，楊氏模量高達1.2TPa。許多研究者對碳納米管薄膜晶體管進行了抗

26、彎曲實驗，實驗表明，即使在很小的彎曲半徑下，薄膜晶體管仍然表現出很好的性能。在Chandra實驗中，開電流基本保持不變和可靠性。Chae的實驗表明SWCNT/石墨烯薄膜晶體管在拉伸1000多次之后依然表現出優良的性能。圖8 碳納米管薄膜晶體管的透明度曲線，紅線為玻璃基底的透明度，藍線為晶體管的透明度，插入圖為在2英寸正方形玻璃基底上的器件的圖像。圖9 漏電壓為-2V到2V時，晶體管電流-電壓曲線圖，（a）沒有紫外線激發（b）有紫外線激發4. 應用前景單壁碳納米管在很對的領域中都有潛在的應用，包括高強度納米復合材料，神經元回路的生長平臺，高靈敏度化學生物傳感器，太陽能電池的電極材料，電子設備中有

27、源元件的導電溝道等等。SWCNT-TFTs在未來的電學和光學領域里很有應用前景，包括集成電路，液晶顯示器和有機發光二極管顯示器的控制電路，彈性且透明度很好的顯示器等。因為SWCNT-TFTs對紫外線和可見光敏感，故它可以用作光學器件。4.1. 集成電路：數字，模擬，射頻應用在加利福利亞大學的Wang等人的研究中，Berkeley發現SWCNT-TFT的截止頻率表現為170MHz，如圖10所示，這滿足了某種無線通信的要求。Zhang等人用S參量測量了場效應晶體管中SWCNT的射頻傳輸特性時，發現 CNT的傳輸在超過12GHz時才有衰減。結果表明SWCNT-TFT的截止頻率還有很大的提升空間。其余

28、的研究人員已經成功地制造出了集成電路，例如數字邏輯門，包括反相器，與非門，或非們。圖11顯示了反相器電路與它的傳輸特性。圖10 SWCNT-TFTs的射頻特性（a）從10MHz 到1GHz所測量的S參量，為了獲得最佳性能，晶體管電壓設置為VGS = 0V VDS = 5V；(b)h21為本征電流增益，Gmax為最大有效增益。圖11 用SWCNT-TFTs實現的反相器電路和其傳輸特性4.2 OLED和LCD顯示器控制電路薄膜晶體管已經廣泛地應用與LCD與OLED顯示器中?，F在，流行的薄膜晶體管的溝道材料是用-Si和多晶硅大批量生產的。-Si薄膜晶體管已經用在很多顯示產品中。然而這種產品不能滿足未

29、來先進的LCD與OLED顯示器電路的高精度、高幀速率的要求。市場上的3D顯示要求幀速率達到240Hz。為了提高圖片的質量，要求甚至更高的幀速率（480Hz或以上）。SWCNT-TFTs具有高遷移率和電流開/關比，它很有希望成為候選材料。最近，有人提出用SWCNT-TFTs做OLED的驅動電路，在這個設計中，SWCNT-TFTs連接到了OLED上，VDD(<0)加在了OLED的陰極上，如圖12所示。SWCNT-TFTs的開關比能滿足OLED開關的要求。輸出的光強度調制達到104.4.3 光子器件SWCNT-TFTs對從紅外線到紫外線范圍內的光很敏感。所以它們可以用來制作光探測器和捕光器件。

30、圖12 SWCNT-TFTs制成的OLED的控制電路（a）不同漏電壓下的傳輸特性，插圖為光學顯微鏡下的器件圖像。（b）OLED控制電路的特性。（c）隨著OLED電壓變化的OLED電流與光強（d）隨著VG變化的OLED電流與光強。5.總結與展望盡管人們對碳納米管薄膜晶體管已經做了很多研究工作，在其實用之前，依然有一些問題要解決。概括如下。5.1 一致排列納米管與納米管之間的電阻很高，并且不同的接觸條件電阻也不同。Hu等人的研究表明，碳納米管與碳納米管之間的電阻高達100M，比其自身的電阻大了4個數量級（碳納米管的電阻為10K）。所以減小管與管之間的接觸很重要。更好的一致排列的碳納米管能解決這個問

31、題，因為這樣能減低接觸電阻。一些研究人員已經通過一致排列的碳納米管陣列獲得了更高遷移率的器件。圖13是器件的原理圖。溫度為900，在石英基底上原位生長了CNTs，從這張圖來看，碳納米管的一致性很好，盡管CNTs的密度低，但是用這種方法生成的碳納米管性能很好，其有效遷移率為3500cm2/Vs，開關電流比高達103。然而這種原位生長的方法需要在900條件下操作，不適合制作彈性TFT。Ishikawa提出了一種更好的方法。他用轉移工藝把在石英基底上合成的一致排列的晶體管轉移到彈性基底上。他所用的犧牲層為Au，最后轉移到彈性基底上的碳納米管的密度為23tubes/um，有效遷移率為1300cm2/V

32、s，開關電流比高達3×104.CNT陣列密度與一致性還可以進一步提高。Ding等人已經獲得了CNT密度高達50tubes/um，Cao等人在最近的研究中用朗繆爾 - 謝弗法獲得的CNT密度高達500tubes/um。圖13 一致性很好的SWCNT-TFT視圖（a）器件原理圖，一致性好的SWCNTs是在900下在石英基底上合成的。源極和漏極是在室溫下用ITO沉積而成的，柵絕緣層是用HfO2制成的。（b）一致性很好的SWCNT陣列SEM圖像。5.2 金屬接觸碳納米管與金屬電極之間的接觸不是完美的歐姆接觸。Ti、Pd、Au和Pt是廣泛應用的與CNTs接觸的金屬電極材料。它們的功函數與CNT

33、s接近。Xu等人已經證明了Pt與CNTs的接觸電阻最小。然而，勢壘仍然存在。Chai等人在金屬與CNTs之間加了一層石墨界面層以降低接觸電阻。人們期望一種新的材料或者符合材料與碳納米管的功函數完美匹配，以此來避免肖克萊勢壘和降低接觸電阻。5.3 半導體型CNT純度金屬型CNT與半導體型CNT共存對于CNT的應用是一大障礙。盡管有一些技術可以分離金屬CNT與半導體CNT，但是他們都不能獲得100%純度的半導體CNT。人們期望提純技術的進一步提高或者發展一種更好的提純半導體CNT的方法。5.4 N型器件SWCNT的電氣特性對環境很敏感。不經過任何處理的SWCNTs制成的器件表現出P型器件特性。一些

34、研究人員用不同的方法制作出了N型碳納米管場效應管。他們是用功函數低的金屬，摻鉀，或者聚醚酰亞胺，覆蓋聚合物或者鋁薄膜，以此來獲得N型器件的。用功函數低的金屬或者摻鉀所制成的器件對環境依然很敏感，然而那些覆蓋聚合物或者鋁薄膜的所制成的器件相對穩定，其對物理條件的變化不敏感。而對對N型CNT-TFTs所在做的工作依然很少，我們可以用類似制作N型場效應管的方法來制作N型CNT-TFTs。5.5 集成反相器，環形振蕩器，或非們，與非門，觸發器是集成電路的基本單元。為了制作高性能，低功耗和穩定的集成電路是集成研究人員的最終目標。為了得到穩定且可重復利用的CNT-TFT電路單元需要研究人員進一步去探索。6

35、. 結語論文回顧了制作與提純SWCNT技術的現狀。同時也討論了制作SWCNT-TFTs技術。等離子增強化學氣相沉積法（PECVD）是制作單壁CNTs的最先進的方法。電擊穿，密度梯度超度離心法，基于凝膠分離的方法是提純半導體CNTs主要的方法。過濾法浸漬涂敷法、噴墨打印法和轉印法是最流行的形成SWCNT薄膜的方法.SWCNT-TFTs 通常把背柵材料制作在硅基底上，或者在彈性基底上制作TFT平面結構。除此之外，論文還分析了SWCNT-TFTs的性質。相比-SiTFTs和多晶硅TFTs，SWCNT-TFTs表現出更好的電氣特性，其遷移率比-SiTFTs大幾十倍。用原位生長CNTs的方法制作的SWC

36、NT-TFTs比CNT網絡制作的SWCNT-TFTs具有更加優良的電氣特性。然而，由于在CNT生長的過程中需要較高的溫度，它并不適合在彈性基底上生長。CNT-TFTs具有廣泛的應用，包括彈性顯示器，邏輯電路或者驅動電路，光學器件。未來研究中需要解決的幾個關鍵問題包括提高CNTs的一致性、接觸和半導體CNT的純度；實現N型SWCNT-TFTs,實現可靠穩定的電路模塊以滿足大規模生產的要求。雖然如此，SWCNT-TFTs的未來是光明的，等著我們去探索。參考文獻：1 S. Iijima, “Helical microtubules of graphitic carbon,” Nature, vol.

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