碳纳米管场效应晶体管制备的新进展:可降解聚合物包裹技术

随着传统硅基技术接近物理极限,寻找新型半导体材料成为了研究热点。碳纳米管(CNTs),特别是半导体型碳纳米管(s-CNTs),因其卓越的载流子迁移率和低本征电容,被认为是未来高性能电子器件的理想材料。然而,传统聚合物包裹技术虽然能有效分离半导体碳纳米管(s-CNTs),但用于包裹的残留聚合物会严重影响器件性能。最近,北京大学彭练矛院士的研究团队开发了一种使用可降解聚合物对碳纳米管进行高纯度分离的技术,并可高效去除聚合物,相关研究成果发表于《ACS Nano》杂志上。

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。

一维硅锗纳米复合材料的制备及在场效应晶体管中的应用

一维硅锗纳米复合材料，主要包括硅锗纳米线异质结与纳米管，具有优异的电学、光学等性能，易与现代以硅为基础的微电子工业相兼容，所以在纳米器件等领域得到了广泛重视。总结了一维硅锗纳米复合材料的研究现状和相关的制备方法，重点评述了在纳米场效应晶体管中的应用，并对其研究前景做了展望。

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。

纳米场效应晶体管生物传感器在肿瘤早期检测中的应用

肿瘤的早期检测对于肿瘤的早期发现、诊断及治疗具有重要意义。基于硅纳米线、石墨烯、二硫化钼的纳米场效应晶体管生物传感器,由于灵敏度高和特异性好、分析速度快、免标记、廉价、能够微型化和一体化等优点,能够检测肿瘤相关标志物微RNA和蛋白质等,在肿瘤的早期检测中可以发挥重要作用。

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。

γ射线总剂量辐照对单轴应变Si纳米n型金属氧化物半导体场效应晶体管栅隧穿电流的影响

基于γ射线辐照条件下单轴应变Si纳米n型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)载流子的微观输运机制,揭示了单轴应变Si纳米NMOSFET器件电学特性随总剂量辐照的变化规律,同时基于量子机制建立了小尺寸单轴应变Si NMOSFET在γ射线辐照条件下的栅隧穿电流模型,应用Matlab对该模型进行了数值模拟仿真,探究了总剂量、器件几何结构参数、材料物理参数等对栅隧穿电流的影响.此外,通过实验进行对比,该模型仿真结果和总剂量辐照实验测试结果基本符合,从而验证了模型的可行性.本文所建模型为研究纳米级单轴应变Si NMOSFET应变集成器件可靠性及电路的应用提供了有价值的理论指导与实践基础.

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。

硅纳米线场效应晶体管生物传感器在液体活检中的研究进展

液体活检作为一种新型无创的肿瘤检测方法,在肿瘤早期诊断、治疗及预后监测等方面起重要作用。循环肿瘤细胞、循环肿瘤RNA、循环肿瘤DNA是液体活检的主要检测目标。随着纳米材料及纳米技术的发展,硅纳米线场效应晶体管(SiNW-FET)生物传感器已用于多种目标分子的检测,包括细胞、核酸、蛋白质等,具有无标记、灵敏度高、特异性好、实时快速、操作简单等优势,在液体活检中具有广阔的研究前景。SiNW-FET生物传感器有望为液体活检开辟一条新的检测途径。

基于Pd/SWNT/Al结构的场效应晶体管的研究

碳纳米管因具有良好的物理机械性能而得到广泛的研究,其最重要的应用之一是构建场效应晶体管(FET)。文章提出并研究了一种非对称接触的单壁碳纳米管场效应晶体管(SWNT-FET),并对其电学特性进行了表征。在该器件中,SWNT被作为FET的沟道,两种不同功函数的金属被用来与SWNT形成肖特基接触;SWNT一端与低功函数金属Al形成源极,另一端与高功函数金属Pd形成漏极。该类器件可应用于下一代纳米集成电路中。

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。

无结场效应管——新兴的后CMOS器件研究进展

迄今为止,现有的晶体管都是基于PN结或肖特基势垒结而构建的。在未来的几年里,CMOS制造技术的进步将导致器件的沟道长度小于10nm。在这么短的距离内,为使器件能够工作,将不得不采用非常高的掺杂浓度梯度。进入纳米领域,常规CMOS器件所面临的许多问题都与PN结相关,传统的按比例缩小将不再足以继续通过制造更小的晶体管而获得器件性能的提高。半导体工业界正在努力从器件几何形状,结构以及材料方面寻求新的解决方案。文中研究了无结场效应器件制备工艺技术及其进展,这些器件包括半导体无结场效应晶体管、量子阱场效应晶体管、碳纳米管场效应晶体管、石墨烯场效应晶体管、硅烯场效应晶体管、二维半导体材料沟道场效应晶体管和真空沟道场效应管等。这些器件有可能成为适用于10nm及以下技术节点乃至按比例缩小的终极器件。

碳纳米管/金属接触改善方法的研究进展

碳纳米管(CNT)由于其独特结构和优异特性已被广泛用来构筑各种纳米器件.而CNT与电极间的接触在CNT器件中扮演着重要的作用,是器件性能的关键影响因素.采用何种有效的方法来改善CNT与金属电极间的接触一直是CNT器件研究中的一个重要方面.本文综述了近年来CNT/金属接触改善方法的研究进展,结合本课题组的研究对目前有代表性的接触改善方法进行介绍.阐述了各种改善方法的原理和加工工艺,讨论了采用这些方法获得的接触特性和器件性能,并对各方法的特点进行了比较.

基于CNFET电路段内关键门的全局布局算法

针对传统硅基电路布局算法在碳纳米管(CNT)密度变化的碳纳米管场效应晶体管(CNFET)电路上表现出时序良率不高的问题,提出一种基于段内关键门的全局布局算法.首先自底向上逐级分析电路各个层级,依次建立门延迟、门树延迟模型,在此基础上结合CNFET电路相关矩阵建立包含延迟均值和方差的段统计延迟模型;然后通过理论分析确定时序良率与段的统计延迟之间的相关关系;最后利用CNFET电路不对称空间相关性,使用网格搜索策略不断迭代调整段内关键门位置,以降低段延迟.在OpenCores中4个测试电路上的实验结果表明,所提算法平均提高了20%的电路时序良率,在执行时间上比CNT密度变化感知的基准方法降低25%,揭示了其在高时序良率要求的大规模电路中应用的潜力.

纳米级MOSFET亚阈值区电流特性模型

基于纳米级金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件结构,从基本的漂移扩散方程出发,分别建立了亚阈值区漏极电流模型和栅极电流模型。其中将频率与偏置依赖性的影响显式地体现在模型中。通过对比分析发现亚阈值区漏极电流模型具有等比例缩小的可行性,栅极电流具有跟随性和频率依赖性。同时将所建模型的仿真结果与实验结果进行了比较,验证了模型准确性。

单壁碳纳米管束的排布

流体排布法是实现碳纳米管定向排列的一种简单的方法。采用流体排布法在具有浸润性图案化的基底上成功地对单壁碳纳米管(SWNTs)束进行了水平方向上的排布。将SWNTs悬浮液滴入光刻胶制成的微通道中,在流体剪切力作用下,弯曲的SWNTs在一定程度上会被拉伸并且平行地排列在纳米级宽度的微通道中。将排列好的SWNTs阵列转移到一些不同间距的金电极对上面,制作成碳纳米管场效应晶体管(CNTFET)。CNTFET的电性能测试结果表明,制备的SWNTs束可以制造出不同电极间距同时具有良好电性能的CNTFET。

基于碳基500nm工艺的双采样真随机数发生器

碳纳米管场效应晶体管(CNTFET)因其极小的尺寸、超高的载流子迁移率、准一维结构的弹道输运等特性,顺应了未来集成电路高集成化和微型化的发展趋势。基于课题组构建的500 nm碳基工艺设计包,设计了一款真随机数发生器(TRNG)。碳基真随机数发生器利用慢时钟振荡器对快时钟振荡器进行采样获取随机源,通过在慢时钟振荡器中添加电阻热噪声以增加环形振荡器的相位抖动,经单比特频数测试、重叠子序列检测等随机性测试,证实本设计提高了熵源的非相关性与不可预测性。碳基真随机数发生器的最高工作频率达到7.04 MHz,功耗为1.98 mW,版图面积为2.3 mm×1.5 mm。输出序列通过了随机性检验,适用于现代密码系统的纳米级芯片。

碳纳米管及其应用

介绍碳纳米管的独特性能及其应用,如优良的导电性能和场发射性能等。

硅纳米线传感器灵敏度研究进展

对基于一维纳米材料的硅纳米线场效应晶体管(SiNW-FET)传感器在疾病早期诊断中检测超低浓度生物标志物的优势进行了简单阐述,提出提高SiNW-FET传感器检测灵敏度的重要性和必要性。介绍了SiNW-FET传感器的工作原理、检测灵敏度和检测限(LOD)。重点讨论了通过对SiNW表面修饰方法的优化、使用不同结构形状SiNW和降低传感器德拜屏蔽效应等方法提高SiNW-FET传感器的灵敏度,对各种提高灵敏度的方法和对应方法下SiNW-FET传感器的检测限或灵敏度进行了对比总结。最后,总结了提高SiNW-FET传感器灵敏度的方法和目前亟待解决的问题,并展望了其发展趋势。