CN103946964A - 掺杂碳纳米管和石墨烯用于改善电子迁移率 - Google Patents
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Abstract
一种用于掺杂石墨烯或者碳纳米管薄膜场效应晶体管器件以改善电子迁移率的方法和装置。该方法包括选择性施加掺杂剂到石墨烯或者纳米管薄膜场效应晶体管器件的沟道区域以改善场效应晶体管器件的电子迁移率。
Description
相关申请的交叉引用
本申请基于并要求2011年11月29日提交的名称为“Reducing ContactResistance for Field-Effect Transisotr Device”的美国专利申请序列号为No.13/306,276的优先权，在此引入其整个内容作为参考。
技术领域
本发明的实施例一般地涉及电子器件，更具体地，涉及场效应晶体管器件。
背景技术
石墨烯和碳纳米管(CNT)为用于替代在高和中等性能逻辑器件中的硅的备选。最近，将薄膜CNT场效应晶体管(FET)器件用于如射频(RF)电子装置以及用于液晶(LCD)/有机发光二极管(OLED)显示器的晶体管背板的中性能应用引起了人们的兴趣。
使用CNT-薄膜晶体管(TFT)在挠性电子器件应用中越来越有吸引力，挠性电子器件中CNT-TFT在迁移率值上优于其它材料(非晶硅(a-Si)，有机半导体，等等)。
对这些TFT的性能的提高的要求连续改善CNT基TFT的迁移率值。然而，在CNT-TFT的已有方法中缺乏改善器件中的迁移率值的可控手段。例如，一些已有方法包括增加管长度以及制造高纯CNT材料以改善迁移率值。然而，这样的方法对材料迁移率的增强贡献很少并且未被良好控制。
发明内容
本发明的一个方面，提供了一种掺杂碳纳米管(CNT)和/或石墨烯以改善电子迁移率的方法。该方法包括选择性施加掺杂剂到石墨烯和纳米管薄膜场效应晶体管器件的沟道区域以改善场效应晶体管器件的电子迁移率的步骤。
本发明的另一方面包括一种装置，该装置包括在衬底上制造的具有暴露的沟道区域的石墨烯或者纳米管薄膜场效应晶体管器件，其中用掺杂剂掺杂沟道区域以改善电子迁移率；以及接触金属，设置在石墨烯或者纳米管薄膜场效应晶体管器件的掺杂的沟道区域之上。
本发明的另一方面包括一种装置，该装置包括接触金属、在衬底上制造并且设置在接触金属上的石墨烯或纳米管薄膜场效应晶体管器件，其中用掺杂剂掺杂所述石墨烯或者纳米管薄膜场效应晶体管器件的沟道区域以改善电子迁移率。
从联系附图阅读的，随后示出的实施例的详细描述将明白本发明的这些和其它目标、特征以及优点。
附图说明
图1示出了根据本发明的实施例形成场效应晶体管(FET)的步骤；
图2示出了根据本发明的实施例形成场效应晶体管(FET)的步骤；
图3示出了根据本发明的实施例形成场效应晶体管(FET)的步骤；
图4示出了根据本发明的实施例形成场效应晶体管(FET)的步骤；
图5示出了根据本发明的实施例形成碳纳米管FET(CNFET)的另一个实施例。
图6示出了根据本发明的实施例的双栅极CNFET实施例。
图7示出了根据本发明的实施例形成CNFET的另一个实施例的步骤；
图8示出了根据本发明的实施例形成CNFET的另一个实施例的步骤；
图9示出了根据本发明的实施例形成CNFET的另一个实施例的步骤；
图10包括用于使用钌联吡啶络合物(complex)掺杂接触之前和之后的碳纳米管薄膜晶体管的沟道电阻对沟道长度的曲线；
图11包括用于使用钌联吡啶络合物掺杂接触之前和之后的碳纳米管薄膜晶体管的迁移率对沟道长度的曲线；
图12包括根据本发明的实施例的沟道掺杂效果的曲线。
图13包括根据本发明的实施例的使用钌联吡啶络合物的FET沟道掺杂的曲线，以及
图14包括根据本发明的实施例的使用钌联吡啶络合物的FET沟道掺杂的曲线。
具体实施方式
本发明的一个方面包括用于改善电子迁移率的掺杂碳纳米管(CNT)，碳纳米管膜和石墨烯。在本发明的至少一个实施例中，通过使用外部化学掺杂剂明显改善了在CNT-TFT器件中的沟道(或者电子)迁移率。掺杂剂通过多种方式改善沟道迁移率。例如，掺杂剂增加体纳米管中的电子浓度，从而增加管的导电性。同样，掺杂剂的使用降低了管-管结电阻。
优选以溶液相掺杂，虽然还可以用气相掺杂。对于溶液工艺，除了其他的之前，如二氯苯、二氯甲烷、乙醇、乙腈、三氯甲烷、甲醇、丁醇的有机溶剂是合适的。可以通过从掺杂剂转移电荷到纳米部件完成掺杂，例如，掺杂分子的单电子对与半导体纳米线或纳米晶体的量子限制轨道的相互作用，其影响在电荷输运中涉及的载流子的浓度。
通过溶液相掺杂，例如，可以在集成到芯片上的电路中之前和/或之后掺杂纳米部件。还可以使用如喷墨印刷的技术在芯片上局部掺杂纳米部件。沿纳米线、纳米管或者纳米晶体膜中的掺杂水平可以通过用抗蚀剂掩蔽纳米部件的特定部分(例如，接触)并且仅掺杂暴露部分而变化。对于器件应用，可以保护纳米线不受在工艺集成期间的适宜阶段执行掺杂而导致的损坏。
纳米管，例如，碳纳米管可以采用加热或者不加热方式在掺杂剂溶液中悬浮纳米管而以体的形式掺杂；或者通过将支撑纳米管的衬底浸入到掺杂剂溶液中而掺杂。虽然在随后的讨论中使用碳纳米管作为实例，但是本发明的掺杂方法还可以应用于其他半导电纳米管，其可以包括，例如，石墨烯、并五苯、富勒烯等及其组合，以及其它碳基纳米材料。
碳纳米管与掺杂剂的相互作用，例如，通过电荷转移，导致带电(自由基阳离子)部分(moeity)在纳米管附近形成。可以通过搅动在从约20度(摄氏度C)到约50度C的优选温度下搅动在掺杂剂溶液中的碳纳米管的悬浮体(suspension)获得体掺杂，掺杂剂浓度优选从约1毫摩尔(mM)到约10摩尔(M)。然而，根据特定的掺杂剂和溶剂，对于从约0度C到约50度C的温度，可以使用从约0.0001M到约10M的范围的浓度。
一般地，掺杂的范围依靠掺杂介质的浓度和温度，以及根据特定的纳米部件、掺杂剂和溶剂组合以及特定应用需要或者期望的器件特性，来选择的工艺参数。
即，在纳米管结合成衬底的器件结构的一部分之后掺杂纳米管，可以通过将具有纳米管的器件或衬底暴露到掺杂剂溶液获得。通过合适地掩蔽纳米管，可以获得纳米管的部分的选择性掺杂以产生沿纳米管的期望的掺杂分布。如上所述，优选掺杂剂浓度在约0.1mM到约10M，更优选从约1mM到约1M并且最优选从约1mM到约10mM，溶液温度优选从约10度C到约50度C，并且更优选从约20度C到约50度C。
对于器件掺杂，工艺条件的选择还依赖于在器件或者衬底上存在的其它材料的相容性。例如，虽然较低的掺杂剂浓度一般地倾向于更小的效果，但是特定掺杂剂的浓度太高会导致电位腐蚀问题。在一个实施例中，在N2气氛下进行掺杂，没有搅拌或者搅动溶液。然而，如果不引起器件损坏，可以接受溶液搅拌。
如下面详细描述的，图1-4示出了用于形成场效应晶体管(FET)的方法步骤。因此，图1示出了根据本发明的实施例形成场效应晶体管(FET)的步骤。在一般地为掺杂硅衬底的栅极100上沉积栅极介质120，例如二氧化硅、或者氧氮化硅或者高开尔文(K)材料层。在本发明的一个实施例中，硅衬底被劣化掺杂。栅极介质可以具有例如从约1到约100纳米(nm)的厚度。如碳纳米管的纳米部件140通过旋涂沉积到栅极介质120上。
如所使用的，这里描述和描绘的，纳米部件140可以指碳纳米管、碳纳米管膜、单CNT或者CNT膜，石墨烯片(flake)膜或者石墨烯单层。然后通过常规光刻技术，在碳纳米管或者碳纳米管膜140上形成抗蚀剂图形。例如，可以在碳纳米管或者碳纳米管膜140上沉积抗蚀剂层并且通过使用电子束刻蚀或者光刻构图。使用正抗蚀剂，通过使用显影剂除去暴露到电子束或者光刻辐射的抗蚀剂层区域，导致图1中示出的具有抗蚀剂图形的结构。
在碳纳米管或者碳纳米管膜上形成的抗蚀剂图形可以具有一个或多级间隔，当使用电子束刻蚀时从约10nm到约500nm，并且使用光刻时从约500nm到约10μm。多个间隔对应于由各光刻技术导致的线和空间间隔并代表在邻接顶部栅极之间的间隔。多个顶部栅极的获得性为如AND、OR、NOR操作的不同逻辑应用提供单独控制的自由度。
如图2所示，在抗蚀剂图形上并且在碳纳米管或者碳纳米管膜140的部分上沉积具有从约15nm到约50nm范围的厚度的金属160。金属可以是Pd、Ti、W、Au、Co、Pt或者其合金或者金属化纳米管。如果使用金属纳米管，金属160可以包括一个或多个金属纳米管。可以通过电子束或真空下的热蒸镀沉积Pd、Ti、W、Au、Co、Pt的其它金属或合金，而通过如旋涂的液相技术沉积金属化纳米管。
在金属沉积之后，该结构可以浸入到丙酮或者N-甲基吡咯烷酮(NMP)中用于抗蚀剂剥离，除去光刻构图抗蚀剂的工艺和通过将样品浸泡在如丙酮或者NMP的溶剂中在顶部沉积金属。例如，这样的溶剂一般地还称为抗蚀剂剥离成分。
如图3所示，留在碳纳米管或者碳纳米管膜140上的金属部分162和164形成FET源极和漏极。在此实施例中，分别在碳纳米管或碳纳米管膜140或者更一般地纳米部件140的第一和第二区域上形成源极和漏极区域.抗蚀剂剥离后，具有碳纳米管或者碳纳米管膜140的图3中的结构浸入到包括这里联系本发明的实施例描述的合适的掺杂剂的有机溶液中。图4示出了掺杂分子接合到碳纳米管或者碳纳米管膜140。碳纳米管或者碳纳米管膜140的掺杂部分(在金属源极和漏极之间)作为FET的沟道。
图5示出了形成碳纳米管或者碳纳米管膜FET的另一个实施例，或者更具体地，具有包括如其他半导电纳米管、纳米线或者纳米晶体膜的纳米部件的沟道的FET的另一个实施例。在衬底100上形成栅极介质120之后，使用类似于图1-4中描述的抗蚀剂剥离工艺(未示出)在栅极介质120上形成金属部分162和164。具有从约15nm到约300nm厚度的金属部分162和164的每一个形成FET源极和漏极。如Pd、Ti、W、Au、Co和Pt及其合金的金属或者一种或多种金属纳米管可以用作金属部分162、164.
然后，例如通过旋涂在栅极介质120和金属部分162和164上分布碳纳米管或者碳纳米管膜140或者更一般地，纳米部件。通过将结构浸入包括合适掺杂剂的有机溶液中获得碳纳米管或者碳纳米管膜140的均厚(blanket)掺杂。掺杂剂分子接合到碳纳米管或者碳纳米管膜，例如，通过与向碳纳米管或碳纳米管膜贡献单电子对的掺杂剂(如，这里详细描述的)的氮的电荷转移相互作用。在此说明中，与栅极介质120接触的碳纳米管或者碳纳米管膜140的部分形成FET的沟道。
可选地，碳纳米管或者碳纳米管膜140可以通过在碳纳米管或者碳纳米管膜140上形成的构图抗蚀剂(未示出)选择性掺杂。例如，可以通过在碳纳米管或者碳纳米管膜140上沉积合适的抗蚀剂材料并且使用常规光刻技术构图形成构图抗蚀剂。氢倍半硅氧烷(HSQ)，用作负抗蚀剂的介质，可以用于此目的。同样，在本发明的方面中，可以使用常规抗蚀剂材料，例如聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)等。这是可能的，因为使用如硝酸铈铵、硫酸铈铵和钌联吡啶络合物的水溶性溶剂。
图6示出了双栅极碳纳米管(或者碳纳米管膜)FET的一个实施例，或者更具体地，具有包括如其他半导电纳米管、纳米线或者纳米晶膜的纳米部件的沟道的FET的另一个实施例。在作为第一栅极的衬底100(还称为底或者背栅极)上形成栅极介质120之后，在栅极介质120上沉积碳纳米管或者碳纳米管膜或者更一般地，纳米部件140。
使用如联系附图1-4描述的抗蚀剂剥离技术在碳纳米管或者碳纳米管膜140上形成金属部分162、164。在形成金属部分162、164(作为FET的源极和漏极)之后，用可以是低温氧化物(LTO)或者如二氧化铪的CVD高介电材料的介质层180覆盖包括碳纳米管或者碳纳米管膜140以及金属部分162、164的该结构。
在栅极介质180上形成第二栅极200(还称为顶或者前栅极)，其可以包括金属或高掺杂多晶硅，例如，通过在介质层180上首先沉积栅极材料并且随后构图以形成顶栅极200。用顶栅极200作为蚀刻掩模，蚀刻介质层180以便仅保留在顶栅极200地下的部分，如图6所示。作为实例，如100:1的稀释氢氟酸(HF)可以用作LTO的蚀刻剂。
另外，器件浸入掺杂剂溶液中以获得碳纳米管或者碳纳米管膜140的部分掺杂。在此情况中，沟道包括选通(gated)未掺杂区域500和两个掺杂区域502和504。掺杂区域502和504用作互补金属氧化物半导体(CMOS)FET的“延伸”,导致接触势垒的减小以及驱动电流和晶体管切换的改善。可以通过顶栅极200或者底栅极100或者这两者操作器件。在逻辑应用中，为了好的AC性能期望用顶栅极操作FET。
如下面详细描述的，图7-9示出了形成碳纳米管或者碳纳米管膜FET的另一个实施例的步骤，或者更具体地，具有包括如其它半导电纳米管、纳米线或者纳米晶体膜的纳米部件的沟道的FET的另一个实施例。在衬底100上预先形成的栅极介质120上沉积碳纳米管、碳纳米管膜或者纳米部件140之后，使用如电子束或光刻的常规蚀刻技术在碳纳米管或者碳纳米管膜140上形成构图抗蚀剂。
包括构图抗蚀剂和碳纳米管或者碳纳米管膜140的该结构(图7所示)进入到包括合适的掺杂剂的有机溶液中(如这里详细描述的)。掺杂分子接合到碳纳米管或者碳纳米管膜140的暴露部分。在掺杂纳米管140之后，在构图抗蚀剂和掺杂碳纳米管或者碳纳米管膜140上沉积具有从约15nm到约50nm的厚度范围的金属层160。如前所述，Pd、Ti、W、Au、Co、Pt或者其合金或者一个或多个金属纳米管可以用作金属160。可以使用如旋涂的液相技术沉积金属纳米管，虽然电子束或真空气相沉积可以用于沉积其它金属或合金。
在沉积金属之后，图8中示出的结构浸入到丙酮或者NMP中用于抗蚀剂剥离。如图9所示，在抗蚀剂剥离之后保留的金属部分162、164形成FET的源极和漏极。图7-9的工艺沿碳纳米管(或者碳纳米膜)晶体管的沟道产生了明显掺杂分别。在此情况中要注意，碳纳米管或者碳纳米管膜140的未掺杂部分(例如，图6中的部分500)形成FET的沟道。
为了完成图1-9中示出的FET器件的形成，可以通过用旋涂如聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)或者氢倍半硅氧烷(HSQ)---低K介质层的有机材料或者通过沉积如二氧化硅的低温介质膜覆盖各器件进行钝化。通过用于后端制程的金属化完成进一步的器件处理。
因此，本发明的实施例包括获得轻掺杂纳米管以便CNT-TFT的开/关比保持不变。开/关比是FET的开电流对关电流的比率。开电流描述为当晶体管处在沟道具有载流子的开状态上时的电流值，并且OFF电流是当晶体管在关状态并且沟道耗尽载流子时的电流值。这样的要求可以在本发明的另一个实施例中放松，其中通过掺杂光刻构图的沟道的选择的区域来保持开/关比。
与已有方法的缺点对比，本发明的至少一个方面包括进行可升级工艺。同样，水基纳米管掺杂剂的使用允许掺杂通过光刻工艺构图的沟道区域。另外，如这里详细描述的，可以以通过检查掺杂时间和掺杂剂浓度的受控方法改善沟道迁移率。
在本发明的至少一个方面，可以由在各种溶剂中混合许多电荷转移掺杂化合物制备碳纳米管或者碳纳米管膜/石墨烯掺杂剂溶液。举例来说，电荷转移掺杂化合物可以包括(硝酸铈铵、硫酸铈铵、钌联吡啶络合物、三乙基氧鎓六氯锑酸盐(triethyloxonium hexachloro antimonate)等等。另外，示范性溶剂可以包括水、二氯乙烷、醇、二氯苯等等，浓度范围(仅作为实例)，从0.1毫摩尔(mM)-100mM。
如这里详细描述的，在本发明的一个实施例中，在衬底上制造的具有暴露沟道区域的纳米管或者石墨烯FET器件浸入掺杂剂溶液中一时长，依赖使用的溶液浓度从约1秒到10小时。(浓度越强要求持续时间越短)然后从掺杂剂溶液除去衬底并且用各自的掺杂剂溶剂冲洗。在示范性实施例中，用足以除去多余的掺杂剂溶液(即，除去未反应的掺杂剂分子)的量的溶剂(水、乙醇等)清洁衬底。
本发明的另一个实施例可以用CNT/石墨烯FET器件实施，其中用聚合物构图沟道区域并且仅仅选择的沟道区域的部分被暴露以用于掺杂。另外，还可以通过直接将掺杂剂压印(stamping)到FET沟道区域上进行掺杂。可以使用诸如基于聚合物的压印(PDMS)、喷墨印刷、刷涂、丝网印刷等的技术进行此压印。
图10包括使用钌联吡啶络合物掺杂接触之前1006和之后1004的碳纳米管薄膜晶体管的沟道电阻对沟道长度的曲线1002。曲线1002表示伴随接触掺杂的R对L图中的向下移动。因为线的y-截距表示FET器件的接触电阻，向下移动表明伴随接触掺杂的接触电阻下降。
图11包括使用钌联吡啶络合物掺杂接触之前1012和之后1014的碳纳米管薄膜晶体管的迁移率对沟道长度的曲线1010。曲线1010表示FET器件的迁移率随着接触掺杂而增加。
图12示出了沟道掺杂效应对于CNT-TFT器件的跨导(并且因此的迁移率)的效果。图12示出了根据本发明的实施例的沟道掺杂效果的曲线1202。通过示例，第一Y-轴示出了跨导随掺杂时间的变化(对应于曲线1206)，以及第二Y-轴示出的开/关比率随着掺杂时间的变化(对应于曲线1204)。很明显，短掺杂时间(即，轻掺杂沟道)，CNT-TFT的跨导可以增加而没有牺牲开/关比。
图1202示出了本发明突出的方面。如所标注的，曲线1206表示跨导(左轴)而曲线1204表示开/关比(右轴)。X-轴表示“沟道”掺杂时间。如所示，时间越长，沟道掺杂越高。通过此曲线，还可以看出当沟道掺杂随掺杂时间增加时，定义为每单位栅极电压变化的漏极电流的变化的比率(dId/dVG)的FET的跨导也增加。跨导是沟道迁移率的直接测量。因此，沟道迁移率可以随着沟道掺杂增加。
另外，当沟道迁移率增加时，没有牺牲开/关比。然而，如果掺杂超过一定的时长，开/关比率开始下降，因为当通过化学掺杂插入的载流子过多地占据沟道时，背栅极的太过无力以致不能将器件变为关。
因此，本发明的示范性实施例证明轻掺杂有助于改善CNT薄膜晶体管器件的沟道迁移率而不牺牲开/关比。作为扩展，此技术可以用于如石墨烯-石墨烯片构成的CNT-石墨烯混合物或膜的材料，其中材料范之间的界面电阻主导了输运。
本发明的至少一个实施例附加地包括使用水掺杂那介质和/或水溶掺杂介质(例如，钌(III))以使得掺杂工艺与互补金属氧化物半导体场效应管(CMOS)兼容。在这样的实施例中，掺杂剂溶液不溶解光致抗蚀剂，因为掺杂剂没有在有机溶剂中。因此，FET沟道的选择区域或者整个沟道可以被掺杂以增加电子迁移率而不妥协开/关比。
同样，CNT/石墨烯构成的FET沟道的迁移率的增加可以使用特定时间(time-specific)掺杂完成。如下面详细说明的，图13和图14示出了沟道掺杂的时间依赖。Y-轴的开电流时沟道迁移率的测量。可以看出，随着掺杂时间的增加，开电流增加到一水平并且随后开始下降。类似地，同样如此，例如，对于图12，掺杂时间在X轴并且跨导是沟道迁移率的测量。
图13示出了根据本发明的实施例的使用钌联吡啶络合物的FET沟道掺杂的曲线。通过示例，曲线1302示出了使用钌联吡啶络合物的FET沟道掺杂，掺杂剂浓度约5mM。曲线1302示出了漏电流的掺杂时间依赖。直到时间<10分钟，掺杂对沟道电流都具有正影响(增加约20％)，然而，对于更长的时间，电流开始下降。
图14示出了根据本发明的实施例的使用钌联吡啶络合物FET沟道掺杂的曲线。通过示例，曲线1402示出了使用钌联吡啶络合物的FET沟道掺杂，掺杂剂浓度约10mM。曲线1402示出了漏电流的掺杂时间依赖。直到时间<10分钟，掺杂对沟道电流都具有正影响(增加约10-15％)，然而，对于更长的时间，电流开始下降。
如这里详细描述的，本发明的一个方面包括用于掺杂石墨烯或者纳米管场效应晶体管器件以改善电子迁移率的技术，包括如下步骤，选择性施加掺杂剂到石墨烯或纳米管场效应晶体管器件的沟道区域以改善场效应晶体管器件的电子迁移率。
这样的技术还包括在石墨烯或者纳米管场效应晶体管器件的掺杂沟道区域上沉积接触金属。另外，向石墨烯(石墨烯片的薄膜)或者纳米管场效应晶体管器件的沟道区域选择性施加掺杂剂以改善场效应晶体管器件的电子迁移率包括降低场效应晶体管器件的电阻(管-管电阻或者片-片电阻)。发生此效果是因为掺杂剂处于这些区域的界面处并且增加了局域电荷浓度。
在本发明的至少一个实施例中，掺杂剂是掺杂剂溶液。向石墨烯或者纳米管场效应晶体管器件的沟道区域选择性施加掺杂剂溶液，包括将石墨烯或者纳米管场效应晶体管器件以一持续时间放入掺杂剂溶液中(例如，一秒到十小时的范围)。该持续时间还基于施加的掺杂剂的浓度。如果在高浓度下掺杂和/或掺杂长的持续时间，掺杂剂分子有可能形成厚层并且阻止从金属传播。
如这里所注意的，石墨烯或者纳米管场效应晶体管器件可以从掺杂剂溶液移出并且用掺杂剂溶剂漂洗(例如，用掺杂剂溶剂从石墨烯或者纳米管场效应晶体管器件的非沟道区域除去掺杂剂溶液)。
在本发明的另一个实施例中，掺杂剂在凝胶混合物中，其中在施加后凝胶蒸发。对于压印掺杂剂这样的注入特别有效。因此，向石墨烯或者纳米管场效应晶体管器件的沟道区域选择性施加掺杂剂包括直接在所述石墨烯或者纳米管场效应晶体管器件的沟道区域之上压印掺杂剂。
如这里详细描述的，实施上述技术的装置可以包括衬底(例如，硅/二氧化硅、氮化硅、塑料、等等)，在衬底上形成具有暴露的沟道区域的石墨烯或者纳米管场效应晶体管器件，其中用掺杂剂(以溶液或凝胶形式)掺杂沟道区域以改善电子迁移率，并且在石墨烯或者纳米管场效应晶体管器件的掺杂沟道区域上沉积接触金属。接触金属可以包括如Au、Pd、Ag、Pt等成分。
另外，在本发明的另一方面，这样的装置可以包括接触金属、衬底和在衬底上制造并且在接触金属上沉积的石墨烯或者纳米管场效应晶体管器件，其中FET的沟道区域用掺杂剂掺杂(以溶液或者凝胶形式)以改善电子迁移率。即，石墨烯和/或CNT电子材料被转移在预先制造的电极之上，以及选择性掺杂沟道区域。
虽然这里参考附图描述了本发明的说明性实施例，应该明白本发明不仅限于这些具体的实施例并且本领域的技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围内进行各种其它变化和修改。
Claims (25)
1.一种用于掺杂石墨烯和纳米管薄膜场效应晶体管器件以改善电子迁移率的方法，包括：
向石墨烯或者纳米管薄膜场效应晶体管器件的沟道区域选择性施加掺杂剂以改善所述场效应晶体管器件的电子迁移率。
2.根据权利要求1的方法，还包括在所述石墨烯或者纳米管场效应晶体管器件的掺杂的沟道区域之上沉积接触金属。
3.根据权利要求1的方法，其中所述掺杂剂是掺杂剂溶液。
4.根据权利要求3的方法，其中所述掺杂剂溶液包括在溶剂中的浓度范围为0.1毫摩尔(mM)到100mM的至少一种电荷转移掺杂化合物的混合物。
5.根据权利要求4的方法，其中所述至少一种电荷转移掺杂化合物包括硝酸铈铵。
6.根据权利要求4的方法，其中所述至少一种电荷转移掺杂化合物包括硫酸铈铵。
7.根据权利要求4的方法，其中所述至少一种电荷转移掺杂化合物包括钌联吡啶络合物。
8.根据权利要求4的方法，其中所述至少一种电荷转移掺杂化合物包括三乙基氧鎓六氯锑酸盐。
9.根据权利要求4的方法，其中所述溶剂包括水、二氯乙烷、醇和二氯苯中的至少一种。
10.根据权利要求1的方法，其中所述掺杂剂在凝胶混合物中，其中在施加后所述凝胶蒸发。
11.根据权利要求1的方法，其中向石墨烯或者纳米管场效应晶体管器件的沟道区域选择性施加掺杂剂包括将所述石墨烯或者纳米管场效应晶体管以一持续时间放入掺杂剂溶液中。
12.根据权利要求11的方法，其中所述持续时间包括从一秒到十小时的范围。
13.根据权利要求11的方法，其中所述持续时间基于施加的所述掺杂剂的浓度。
14.根据权利要求11的方法，还包括从所述掺杂剂溶液除去并且用掺杂剂溶剂漂洗所述石墨烯或者纳米管场效应晶体管器件。
15.根据权利要求1的方法，其中向石墨烯或者纳米管场效应晶体管器件的沟道区域选择性施加掺杂剂以改善所述石墨烯或者纳米管场效应晶体管器件的电子迁移率还包括降低所述场效应晶体管器件的电阻。
16.根据权利要求1的方法，其中向石墨烯或者纳米管场效应晶体管器件的沟道区域选择性施加掺杂剂包括直接在所述石墨烯或者纳米管场效应晶体管器件的沟道区域之上压印所述掺杂剂。
17.根据权利要求16的方法，其中所述压印包括使用聚合物基压印、喷墨印刷、刷涂以及丝网印刷中的一种。
18.一种装置，包括：
在衬底上制造的具有暴露的沟道区域的石墨烯或者纳米管薄膜场效应晶体管器件，其中用掺杂剂掺杂所述沟道区域以改善电子迁移率；以及
在所述石墨烯或者纳米管薄膜场效应晶体管器件的掺杂的沟道区域之上设置的接触金属
19.根据权利要求18的装置，其中所述掺杂剂包括在溶剂中的浓度范围为0.1毫摩尔(mM)到100mM的至少一种电荷转移掺杂化合物的混合物。
20.根据权利要求19的装置，其中所述至少一种电荷转移掺杂化合物包括硝酸铈铵、硫酸铈铵、钌联吡啶络合物和三乙基氧鎓六氯锑酸盐中的一种。
21.根据权利要求19的装置，其中所述溶剂包括水、二氯乙烷、醇和二氯苯中的至少一种。
22.一种装置，包括：
接触金属；以及
在衬底上制造并且设置在所述接触金属之上的石墨烯或纳米管薄膜场效应晶体管器件，其中用掺杂剂掺杂所述石墨烯或者纳米管薄膜场效应晶体管器件的沟道区域以改善电子迁移率。
23.根据权利要求22的装置，其中所述掺杂剂包括在溶剂中的浓度范围为0.1毫摩尔(mM)到100mM的至少一种电荷转移掺杂化合物的混合物。
24.根据权利要求23的装置，其中所述至少一种电荷转移掺杂化合物包括硝酸铈铵、硫酸铈铵、钌联吡啶络合物和三乙基氧鎓六氯锑酸盐中的一种。
25.根据权利要求23的装置，其中所述溶剂包括水、二氯乙烷、醇和二氯苯中的至少一种。
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