论文部分内容阅读
随着基础理论的发展与制备工艺的提升,对于碳纳米管薄膜晶体管（CNT-TFT）的研究正逐渐从基本的物性研究向实际应用过渡,在诸多领域都拥有着广阔的应用前景。但是在性能的提升上仍然有许多关键问题有待解决,如在接触、迟滞等电学特性,以及互补金属氧化物半导体（CMOS）集成、抗辐射性能等方面的研究仍然存在着问题与挑战。本文主要针对基于碳纳米管薄膜晶体管的功能性电子器件在不同应用领域中的一些关键性问题进行深入研究,为将来的实际应用提出思路、打下基础。论文首先围绕半导体沟道与金属电极之间的接触方式对器件的电学性能影响进行研究。实验发现,不对称接触方式的薄膜晶体管表现出方向性,证明了纳米半导体材料与金属电极接触的相对位置会影响器件性能与接触电阻。进一步通过对比实验分析得到接触方式不同引起的有效肖特基势垒(ΦSB)差别为其中的物理机制。说明了不仅是半导体与金属的功函数,接触方式也能影响金半接触的肖特基势垒大小。使用变温法测定ΦSB,通过比较得出金属在半导体之上的接触方式的ΦSB更小。利用不对称接触方式可以制备高性能碳纳米管、二硫化钼肖特基二极管,最后成功实现了整流电路的应用。进一步,为了解决N型和P型碳纳米管薄膜晶体管的CMOS逻辑电路集成工艺与电学匹配方面的问题,本文设计了一种三维结构的集成方法,将P型器件堆叠在N型器件正上方,成功实现了高性能、高集成度的CMOS逻辑电路,包括逻辑门、环形振荡器等。制备得到的反相器单元具有出色的电学性质:增益达到40,噪声容限超过92%,开关阈值及高低电平均非常稳定。将CNT-TFT三维结构CMOS逻辑电路制备在柔性聚酰亚胺（PI）衬底上并进行柔性和抗疲劳性测试,在最小弯曲半径为3.16毫米、或弯折1000次后,器件均能够保持高性能地正常工作,基本实现了中规模柔性逻辑电路的初步应用。最后,本文设计实验系统比较了不同沟道材料、不同极性的碳纳米管薄膜晶体管在受到伽马射线辐射后电学性质的变化,通过统计器件关键电学参数分析得到其中辐射产生影响的因素与物理机制,并分别针对性地给出解决方案。此外,利用双极型CNT-TFT,还成功实现了抗辐射性能良好的碳纳米管薄膜晶体管和由其组成的类CMOS逻辑电路。