Ni/SiO2雙層催化劑結構合成側向成長單壁奈米碳管直徑分佈對場效電晶體電性影響之研究

Effect of Diameter Distribution on the Electrical Properties of the Field-Effect Transistors based on Lateral Grown Single-Walled Carbon Nanotubes Using Double-Layered Catalyst Pads

李惇瀚(Dun-Han Li)

指導教授 ： 蔡春鴻

國立清華大學/原子科學院/工程與系統科學系/碩士(2008年)

https://doi.org/10.6843/NTHU.2008.00438

摘要

由於奈米碳管(carbon nanotube, CNT)具有優異的電性，所以奈米碳管電晶體具有相當大的潛力應用於未來的奈米電子元件。本研究使用雙層的催化劑結構，以高溫化學氣相沈積(thermal chemical vapor depositon, thermal CVD)的方式成長平貼於基板上的高品質單壁奈米碳管(single-walled carbon nanotube, SWNT)，並臨場(in-situ)製作成奈米碳管場效應電晶體(CNT field-effect transistors, CNT-FETs)相較於一般以奈米碳管溶液之旋塗法所製作的奈米碳管電晶體相比較，本方法能有效的定位奈米碳管，並能由奈米碳管製程參數控制奈米碳管的密度、長度以及直徑，而且不需高溫退火來改善奈米碳管與電極金屬之間的接觸阻抗。
使用高溫氧化生成1 μm厚度的SiO2做為背閘極介電層，揭述催化劑何上層SiO2製程以850℃的製程溫度臨場成長密度及長度皆能符合電晶體需求的奈米碳管，且電晶體能維持在約八成的良率。而H.J. Dai研究團隊曾經由理論預測，在相同製程環境下，若所成長的單壁奈米碳管直徑較小，將會優先形成較高比例的半導性奈米碳管。本論文以H.J. Dai研究團隊的理論預測和本實驗室發展的以Ni/SiO2構成雙層催化劑結構成長和控制奈米碳管直徑分佈之創新製程為基礎，藉由改變SiO2的鍍率、厚度以及製程溫度去探討隨著這些參數的改變，對於碳管的直徑分佈和半導性碳管或是金屬性碳管比例的影響。實驗結果顯示，隨著上層SiO2結構鍍率的降低，半導性的奈米碳管比例增加。主要是改變雙層催化劑結構上層SiO2結構探討奈米碳管的直徑分佈與奈米碳管電晶體的場效特性之間的關係，並且直接在已成長SWNTs的基板上臨場製作成背閘極結構的奈米碳管電晶體。利用改變雙層催化劑結構的SiO2鍍率，我們可以得到具有良好的場效特性的元件將近70％，並且在此製程下成長出大約70％的半導性奈米碳管。

關鍵字

單壁奈米碳管 ； 直徑分佈 ； 場效電晶體

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Carbon Nanotubes ； Diameter Distribution ； Field-Effect Transistors

參考文獻

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