奈米碳管電晶體的最新發展狀況

刊登日期:2003/1/7
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隨著奈米科技的發展,奈米碳管(CNT)受到眾所矚目。IBM利用CNT成功製造電晶體,甚至做出簡單的電路。該研究部門的T. J. Watson,針對最近的研發狀況做了一番說明。

所謂CNT是一種具備多重特性的巨大碳分子,有單層CNT(SWCNT)和多層CNT(MWCNT)兩種。且因鏡映(Reflection)對稱性的不同,分為顯示金屬導電性者(m-CNT)與顯示半導體性質者(s-CNT)。這次在IEDM2002 Report中所發表的是利用s-CNT構成電晶體之方法。

s-CNT電晶體所指是利用s-CNT為管道(Channel),源極電極由貴金屬構成,而夾住摻雜Si 的Gate氧化膜為閘極電極。其構成雖然簡單,製造卻相當困難。在目前的CNT合成方法當中,m-CNT和s-CNT係以束形混雜生成。若使用m-CNT和s-CNT的混雜束構成電晶體,Conductance-Gate電壓特性雙方結合之後並不具備正常電晶體的功能。因此,為了製作CNTFET,只能使用s-CNT,而且此製程較慢,在管中會遭到破壞,生產性降低。IBM則突破設計,在束中通過高電流,單單破壞m-CNT的方法來解決此問題。

其次,由此法所生成的CNTFET是屬於p型的FET。為了製作電路,還需要n型的FET。關於此,可在真空氣氛下進行CNTFET退火處理,則可脫氧變成n型的CNTFET。此變化為可逆,氧正巧是p型半導體的摻雜劑。根據研究,就CNT和電極的接合部分而言,氧的吸附是其原因所在。不論如何,依據此法能夠生成n型的CNTFET。

IBM表示,CNTFET與現存Si MOSFET比較之下擁有十足的競爭力。唯其還存在著Transconductance(3.3μS)等的問題需要解決。

IBM利用p型CNTFET和n型CNTFET製作出轉換器(Inverter)電路。其製造方法是先並列生成兩個n型的CNTFET,之後一方以PMMA遮蔽,使吸附氧﹔另一方未以PMMA遮蔽的則變成p型的CNTFET,再將此p型和n型CNTFET組合成轉換器電路。據IBM發表數據顯示,擁有漂亮的轉換器電路特性。

在此次發表中,IBM還提及Boron Nitride Nanotube(BNT)。該BNT全數為半導體,能否構成奈米碳管陣列元件尚不得而知。今後的課題是CNT的特性和位置、Schottky Barrier能否完全掌控,如何達到元件組成的最適切化,以及大規模集積方法的開發等。

表 各種電晶體形態的比較

電晶體形態
p-CNTFET
Bulk p-MOSFET
SOI p-MOSFET
Lgate(nm)
260
15
50
Tox(nm)
15
1.4
1.5
Ion(μA/μm)
2100
265
650
Ioff(nA/μm)
-150
<-500
-9
Subthreshold Slope(mV/dec)
130
-100
70
Transconductance (μS/μm)
2321
975
650


資料來源: pcweb 2002/12/11
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