碳纳米管场效应晶体管重离子单粒子效应研究

碳纳米管场效应晶体管(CNT FET)具备优良的电学性能和稳定的化学结构,表现出较强的恶劣环境耐受能力,但其抗辐射性能仍缺乏充足的试验验证。以超薄CNT为沟道材料、HfO2为栅介质层的CNT FET为对象,研究了209Bi重离子辐射引起的器件单粒子效应(SEE)。研究结果表明,在重离子辐射条件下,栅极单粒子瞬态电流大多处于10-11 A数量级,少数达10-10 A数量级;由于CNT FET具有纳米级超薄CNT沟道,漏极电流对单粒子辐射不敏感,漏极单粒子瞬态电流几乎可以忽略,无单粒子烧毁效应(SEB);得益于HfO2栅介质层,CNT FET未发生单粒子栅穿效应(SEGR),表现出较强的抗单粒子能力。

碳纳米管场效应晶体管电子输运特性的研究

由于硅器件尺寸不断缩小至纳米尺度,人们因此对纳米尺度器件开展了理论与结构方面的广泛而深入的研究,其中最重要的纳米尺度器件是基于碳纳米管的电场效应器件并被称为碳纳米管场效应晶体管(CNTFET)。本文分析了碳纳米管场效应晶体管沟道电子的传输特性,并给出了用器件端子参数描述的器件I-V特性方程表达式,计算了器件的I-V特性曲线并把结果与纳米器件专用分析软件nanoMOS-2.0给出的结果作了比较,发现本文模型的计算结果均大于nanoMOS-2.0给出的结果,表明本文模型尚需进一步的深入分析和优化。

碳纳米管场效应晶体管设计与应用

碳纳米管具有一些独特的电学性质,在纳米电子学有很好的应用前景。随着纳米技术的发展,新的工艺技术也随之产生。纳米器件的"由下至上"制作工艺,是在纳米技术和纳米材料的基础之上发展起来的,在新工艺基础之上,可以利用纳米管、纳米线的性质制作成各种新的电子器件。由于碳纳米管可以和硅在电子电路中扮演同样的角色,随着基于碳纳米管的纳米电路研究的深入发展,电子学将在真正意义上从微电子时代进入纳电子时代。从分析碳纳米管分立场效应晶体管典型结构特点入手,分析阐述了碳纳米管构建的典型纳米逻辑电路结构特征及碳纳米管在柔性纳米集成电路方面的应用。

单壁碳纳米管场效应晶体管的制备工艺研究

综述了碳纳米管场效应晶体管(CNTFET)的主要结构和导电沟道的制备工艺,如AFM探针操控、CVD原位生长、交流介电泳和L-B大面积操控排布等方法。在对CNTFET的这些结构和制备工艺进行详细分析的基础上,着重指出目前CNTFET导电沟道制备中存在的诸如金属性单壁碳纳米管(SWCNT)的烧除、接触电阻大、滞后现象以及p型CNTFET转化等问题,并针对这些问题提出了具体可行的解决方案。

碳纳米管场效应晶体管用于大肠杆菌检测的研究

采用连接分子1-芘丁酸琥珀酰亚胺酯(PASE)和大肠杆菌抗体对碳纳米管场效应晶体管(CNTFET)进行修饰,制备出针对大肠杆菌检测的生物传感器。通过扫描电镜发现有连接分子修饰的CNTFET对大肠杆菌有很好的吸附效果,且根据检测大肠杆菌过程中CNTFET源漏电极之间电阻的变化特点,发现仅有连接分子修饰的CNTFET对大肠杆菌有很好的响应效果。另外,用CNTFET检测不同浓度的大肠杆菌时,随着大肠杆菌浓度的增加,源漏电极之间的电阻也越来越大,证明了以CNTFET为基础的生物传感器检测大肠杆菌的可能性。

碳纳米管场效应晶体管的研究进展

介绍了利用纳米材料和技术代替传统的硅(Si)材料，研制电子功能元器件的重要性和急迫性。着重介绍了用纳米碳管研制场效应晶体管(FET)这一重要的电子元件的进展情况及几种常见的碳纳米管FET。分析了现有的碳纳米管FET实用化的困难和存在的问题，并展望了碳纳米管FET的应用前景。

基于量子模型的碳纳米管场效应晶体管电子输运特性

采用量子输运模型和NEGF理论,自洽求解薛定谔方程和泊松方程,对类MOS-碳纳米管场效应晶体管的电子输运特性建模。考察了沟道长度Lg为5-25 nm时,其对器件的导通电流、阈值电压、关态泄漏电流、电流开关比、亚阈值摆幅等性质的影响。结果表明：当Lg≥15 nm时,MOS-CNTFET没有量子尺寸效应;当Lg〈15 nm时,器件出现短沟道效应;Lg〈10 nm时短沟道效应更加明显。

电解液栅型碳纳米管场效应晶体管的实验研究

由于碳纳米管具有独特的结构和性能,因而一直受到人们的关注。对于包括碳纳米管场效应管在内的分子元件的研究方面尤其令人注目。笔者研究了具有电解液栅的碳纳米管场效应晶体管,研究中所用的碳纳米管是用热灯丝化学气相沉积法 (CVD)合成的。衬底材料是平面玻璃,Fe/Ni混合物用作催化剂。对具有Ag电极的多壁碳纳米管晶体管作了优化设计制造,并利用KCl溶液作为栅极。实验结果表明,电解液栅型碳纳米管晶体管(FET)呈现出良好的电流-电压特性曲线。在栅压 2V时,其跨导约为 0. 5mA/V。并对获得的研究结果进行了讨论。

双底栅双壁碳纳米管场效应晶体管的构建和特性研究

构建了以双壁碳纳米管为导电通道、Al2O3和SiO2为绝缘层、Al和Si为栅极、Pd为源和漏电极的双底栅场效应晶体管,测量了晶体管的特性。观测到了双壁碳纳米管的三种典型的输运特性;观测到了两个底栅分别的调制作用;发现两个底栅的调制作用存在着显著的相互影响,使得场效应晶体管的特性明显不同于单栅器件,具备了逻辑“与”门的基本功能;利用能带图分析了双底栅器件的特性。

基于肖特基接触的碳纳米管场效应晶体管

由于具有独特的一维纳米结构、稳定的化学特性和优异的电学性能,单壁碳纳米管被认为是制作高性能电子器件以及下一代纳米电路的理想材料,作为新型基础电子元件的一种,碳纳米管场效应晶体管一直是研究的热点。研究了一种基于非对称肖特基接触的碳纳米管场效应晶体管,金属钯与金属铝分别作为电极材料制作出的碳纳米管场效应晶体管分别表现出p型和n型的导通特性,当这两种金属分别作为源、漏电极制作在单根半导体性单壁碳纳米管的两端时,便构成了非对称肖特基接触结构碳纳米管场效应晶体管。器件表现出了优良的整流特性,整流比达到103,在栅压的调控下,正向电流的开关比接近103。

我国碳纳米管场效应晶体管和可控制备研究获重要进展

在国家自然科学基金委、科技部、中科院的大力支持下，中科院化学所有机固体院重点实验室刘云圻研究员、朱道本院士和他们的研究生，与胶体、界面与化学热力学院重点实验室韩布兴研究员、刘志敏副研究员合作，在碳纳米管场效应晶体管的研究方面取得新进展，有关研究成果申请了中国发明专利并发表在国际材料学术期刊《先进材料》（Advanced Materials（2006，Vol．18，No．2，p181-185）上。

介质厚度不同对碳纳米管场效应晶体管的影响

本文运用非平衡格林函数理论,计算碳纳米管场效应晶体管栅极氧化层中由一个缺陷电荷引起的无规则电报信号杂音。文章模拟计算了该杂音强弱与栅极氧化层厚度的依赖关系,研究单层和复合绝缘层两种不同情况下碳纳米管场效应晶体管中的无规则电报信号杂音。

碳纳米管薄膜场效应晶体管低温电学特性

基于网络状碳纳米管(carbon nanotube,CNT)薄膜制备了网络状碳纳米管薄膜场效应晶体管(carbon nanotube thin film field effect transistor,CNT-TFT),研究了温度为100~300 K时,CNT-TFT的电学特性,并对关键电学参数,如开态电流I_(on)、跨导G_(m)、阈值电压V_(th)和亚阈值摆幅S_(S)等,进行了深入分析。研究结果表明,随着温度的降低,G_(m)出现了下降,V_(th)向左漂移;在G_(m)和V_(th)共同作用下,I_(on)显著下降。通过对电学参数随温度演化机制的深入分析,发现器件G_(m)的降低不仅与CNT内的散射及CNT-金属接触电阻相关,而且与交叠的碳纳米管间的结电阻密切相关。同时,研究还表明,低温下,界面俘获中心对电子俘获概率的减小是引起器件V_(th)和S_(S)变化的主要因素。

石墨烯场效应晶体管的X射线总剂量效应

本文针对不同结构、尺寸的石墨烯场效应晶体管(graphene field effect transistors,GFET)开展了基于10 keV-X射线的总剂量效应研究.结果表明,随累积剂量的增大,不同结构GFET的狄拉克电压V_(Dirac)和载流子迁移率μ不断退化;相比于背栅型GFET,顶栅型GFET的辐射损伤更加严重;尺寸对GFET器件的总剂量效应决定于器件结构;200μm×200μm尺寸的顶栅型GFET损伤最严重,而背栅型GFET是50μm×50μm尺寸的器件损伤最严重.研究表明:对于顶栅型GFET,辐照过程中在栅氧层中形成的氧化物陷阱电荷的积累是V_(Dirac)和μ降低的主要原因.背栅型GFET不仅受到辐射在栅氧化层中产生的陷阱电荷的影响,还受到石墨烯表面的氧吸附的影响.在此基础上,结合TCAD仿真工具实现了顶栅器件氧化层中辐射产生的氧化物陷阱电荷对器件辐射响应规律的仿真.相关研究结果对于石墨烯器件的抗辐照加固研究具有重大意义.

一种基于单壁碳纳米管网络的柔性场效应晶体管器件

针对未来可穿戴电子设备对高性能柔性场效应晶体管的迫切需求,提出一种基于单壁碳纳米管网络的柔性场效应晶体管的制备方法,采用超柔的聚酰亚胺薄膜(PI)作为衬底,以具有高介电常数的氧化铪作为栅介质层,由一维碳纳米管搭建的网路状结构作为晶体管导电沟道。实验结果表明,在超柔PI衬底上,所制备柔性场效应晶体管表现出典型的P型导电特性,开关比达到10^(5)以上,具有良好的开关特性。所制备器件在200次弯折之后,仍能表现出10^(4)以上的高开关比,证明所制备柔性晶体管器件具有良好的耐弯折特性,具有应用于可穿戴电子器件的巨大潜力。

基于非平衡Green函数理论的峰值掺杂-低掺杂漏结构碳纳米管场效应晶体管输运研究

为改善碳纳米管场效应晶体管的性能,将一种峰值掺杂-低掺杂漏(HALO-LDD)掺杂结构引入碳纳米管沟道.在量子力学非平衡Green函数理论框架内,通过自洽求解Poisson方程和Schr(o|¨)dinger方程,构建了适用于非均匀掺杂的碳纳米管场效应管的输运模型,该模型可实现场效应晶体管的输运性质与碳纳米管手性指数的对接.利用该模型研究了单HALO双LDD掺杂结构对碳纳米管场效应晶体管输运特性的影响.对比分析表明,这种非均匀掺杂结构的场效应管同本征碳纳米管沟道场效应晶体管相比,具有更低的泄漏电流、更大的电流开关比、更小的亚阈区栅电压摆幅,表明其具有更好的栅控能力;具有更小的漏源电导,更适合应用于模拟集成电路中;具有更小的阈值电压漂移,表明更能抑制短沟道效应.同本征沟道碳纳米管场效应晶体管相比,这种非均匀掺杂碳纳米管场效应晶体管在沟道区靠近源端位置,电场强度增大,有利于增大电子的传输速率;在沟道区靠近漏端位置,电场强度减小,更有利于抑制热电子效应.

碳纳米管场效应晶体管在生物传感器中的应用

随着禽流感、甲流和其他疾病的出现,发展快速、实时、免标记的生物传感器在早期发现和治疗各种疾病方面有重要的作用。由于单壁碳纳米管(SWNTs)具有独特的一维纳米结构、特殊的电性能、良好的生物相容性和尺寸相容性,这些优点使其在生物传感器领域有巨大的潜力。本文综述了近年来碳纳米管场效应晶体管(CNTFET)作为免标记的生物传感器在检测各种生物大分子,如蛋白质、酶、DNA、癌细胞、病毒、糖类物质等方面的应用。

功率金属-氧化物半导体场效应晶体管静电放电栅源电容解析模型的建立

在实际静电放电测试时,发现各种功率金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的静电放电测试结果均呈现出正反向耐压不对称现象,而人体与器件接触时的静电放电过程是不区分正反向的.正反向耐压差异较大对于功率MOSFET或作为静电放电保护器件来说都是无法接受的,其造成器件失效的问题格外凸显.本文通过建立SGT-MOSFET,VUMOSFET和VDMOS在静电放电正反向电压下的栅源电容解析模型,对比分析了三种功率MOSFET器件静电放电正反向耐压不对称及其比值不同的原因,为器件的静电放电测试及可靠性分析提供了理论依据.

氧等离子处理的二硫化钼场效应晶体管表面掺杂和湿度传感研究

二维半导体过渡金属二硫属化物(transition metal dichalcogenide,TMD)具有独特的电学、光学和力学性能,在数字电路、光伏器件和能量存储等多个领域中具有巨大的应用潜力。通过表面掺杂控制TMD的电学性能为实现灵敏传感提供了有效的方法。本文开展了氧等离子体对二硫化钼(MoS_(2))掺杂特性的研究。首先,测试了MoS_(2)场效应晶体管(field-effect transistor,FET)的输运特性,发现氧等离子体处理对FET具有p型掺杂作用。随后,通过拉曼光谱研究了掺杂机制的成因,并证实了沟道表面类MoO_(3)缺陷的形成。最后,研究了经等离子体处理的晶体管的湿度传感特性,由于氧等离子体处理使得沟道对水分子的吸收中心增加,在潮湿环境下晶体管具有十分灵敏的响应特性,源漏电流值变化了约54%。这项工作不仅提供了一种调控TMD电学性能的简单方法,也展示了低维材料化学传感器的发展潜力。

硒化铟场效应晶体管的制备及其气敏性能研究

通过化学气象沉积(CVD)的方法合成了块状硒化铟(InSe)晶体,后对制得的块状InSe进行了系列表征,并通过机械剥离的方法得到了二维(2D) InSe纳米片。同时构建了场效应晶体管(FET),考察了InSe纳米片的电学性能,并测试了器件对二氧化氮(NO2)的气敏性能。实验表明,所搭建的InSe场效应晶体管具有良好的电学性能,并在室温下对NO2具有良好的响应。