宋明旭 王怀鹏 孙翊淋 蔡理 杨晓阔 谢丹

1) (空军工程大学基础部,西安 710051)

2) (清华大学集成电路学院,北京 100084)

3) (北京理工大学集成电路与电子学院,北京 100081)

碳纳米管晶体管作为新一代纳米器件,由于缺乏成熟的阈值电压调控机制,仍难以运用到实际逻辑电路中.本文提出了一种简单易实现且能够大规模处理的表面掺杂方法,通过AuCl3的p 型掺杂作用来实现对晶体管阈值电压的有效调控,研究了不同掺杂浓度对碳纳米管电学性能的影响.实验结果表明,在低掺杂浓度条件下,不仅实现了晶体管阈值电压稳定调控,器件导电性能也大幅提高,迁移率提升2—3 倍.更进一步地,研究了退火对掺杂后器件的电学性能影响,发现在同等掺杂条件下,退火温度达到50 ℃时,p 型掺杂效果最佳.最后采用第一性原理计算方法,验证了金离子对碳纳米管的掺杂调控机制.这项研究为未来实现大面积低功耗逻辑电路以及高性能电子器件提供了重要指导.

1 引言

碳纳米管网络作为一种由一定数量的单壁碳纳米管相互连接构成的网状纳米薄膜,由于其极好的电学性能以及良好的稳定性而被广泛研究[1,2].近几年来,基于碳纳米管晶体管的电子器件在大规模集成电路、太阳能电池以及新兴的神经计算领域发展迅速[3-6].然而,当前基于碳纳米管晶体管的集成电路仍存在诸多挑战,其中实现有效稳定的阈值电压调控机制是目前亟待解决的问题[7].

众所周知,阈值电压……