浙江
半导体碳纳米管（s-CNT）凭借其优异的性能，已成为超大规模场效应晶体管（FET）中传统硅的有前途的替代品。与单个s-CNT或随机网络相比，取向s-CNT（A-CNT）能够提供更高的驱动电流和更低的接触电阻，因此在实际应用中尤为受欢迎。实现高半导体纯度A-CNT通常需要共轭聚合物包裹以选择性分离s-CNT，然后采用自组装技术。然而，A-CNT上的聚合物包裹层会对电接触、门控效率、载流子传输和器件间差异产生不利影响，因此必须将其完全去除。虽然已经探索了各种聚合物去除方法，但准确表征去除程度仍然是一个挑战。
传统技术（例如吸收光谱和X射线光电子能谱 (XPS)）由于其固有的检测限制，可能无法准确描述A-CNT上剩余的聚合物含量。因此，基于纯无聚合物包装的A-CNT的FET的性能尚不清楚。
北京大学彭练矛院士团队提出了一种使用可降解聚合物聚结合改进的尺寸限制自对准工艺（m-DLSA）来制备高半导体纯度和无聚合物包装的A-CNT的方法。综合透射电子显微镜 表征，辅以吸收和XPS表征，提供了强有力的证据，证明通过酸性降解、热溶剂冲洗和真空退火等清洁程序成功几乎完全去除了聚合物包装。此外，基于这些高半导体纯度和无聚合物包装的 A-CNT 的顶栅 FET 表现出良好的性能指标，包括2.2 mA/μm 的导通电流 ( Ion )、1.1 mS/μm 的峰值跨导 ( gm )、191 Ω·μm 的低接触电阻 ( Rc ) 和可忽略不计的磁滞，代表了基于CNT的FET技术的重大进步。
相关研究成果以“Achieving High-Performance Polymer-Wrapper-Free Aligned Carbon Nanotube Field-Effect Transistors Through Degradable Polymer Wrapping and Efficient Removal Techniques”为题，8月14日发表于《ACS Nano》。
图1. 由PFO-N-PFO分离的s-CNT溶液的光谱表征。
图2.去除PFO-N-PFO包装膜的吸附及XPS表征
图3.在TEM网格上去除PFO-N-PFO包装的TEM表征
图4. Si3N4衬底上PFO-N-PFO封装去除的TEM表征。
图5.无聚合物Arc@PFO-N-PFO A-CNTs及其fet的组装和表征
总之，该研究提出了一种综合的方法，通过战略性地使用可降解聚合物PFON-PFO和优化的清洗退火程序来实现高性能无聚合物薄膜的a - cnt场效应管。详细的表征，包括吸收光谱，x射线光电子能谱，最重要的是，全面的TEM，提供了强有力的证据，证明成功地几乎完全去除了sCNTs上的PFO-N-PFO包裹层。通过m-DLSA制备的高半导体纯度和无聚合物包膜的A-CNTs，使制备的顶门控fet具有良好的性能指标，如离子为2.2 mA/μm，峰值gm为1.1 mS/μm，低Rc为191 Ω·μm，并且可以忽略迟滞。这些结果代表了基于碳纳米管的场效应管技术的重大进步，将开发的方法定位为实现高性能电子器件和集成电路中s-CNTs的全部潜力的有希望的途径。
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