碳纳米管场效应晶体管设计

第24卷 第10期 电子测量与仪器学报 Vol. 24 No. 10

2010年10月

JOURNAL OF ELECTRONIC MEASUREMENT AND INSTRUMENT

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本文于2010年8月收到。

* 基金项目: 安徽省自然科学基金(编号: 090414199)资助项目; 中央高校基本科研业务费专项资金(编号:2010HGZY0004, 2010HGXJ0224)资助项目。

DOI: 10.3724/SP.J.1187.2010.00969

碳纳米管场效应晶体管设计与应用*

许高斌1,2 陈 兴1,2 周 琪3 王 鹏1,2

(1. 安徽省微电子机械系统工程技术研究中心, 合肥 230009; 2. 合肥工业大学电子科学与应用物理学院, 合肥 230009;

3. 合肥工业大学材料科学与工程学院, 合肥 230009)

摘 要: 碳纳米管具有一些独特的电学性质, 在纳米电子学有很好的应用前景。随着纳米技术的发展, 新的工艺技术也随之产生。纳米器件的“由下至上”制作工艺, 是在纳米技术和纳米材料的基础之上发展起来的, 在新工艺基础之上, 可以利用纳米管、纳米线的性质制作成各种新的电子器件。由于碳纳米管可以和硅在电子电路中扮演同样的角色, 随着基于碳纳米管的纳米电路研究的深入发展, 电子学将在真正意义上从微电子时代进入纳电子时代。从分析碳纳米管分立场效应晶体管典型结构特点入手, 分析阐述了碳纳米管构建的典型纳米逻辑电路结构特征及碳纳米管在柔性纳米集成电路方面的应用。

关键词: 碳纳米管；场效应晶体管；纳米逻辑门电路；柔性纳米集成电路；纳米电子学 中图分类号: O484 文献标识码: A 国家标准学科分类代码: 430.4030

Design and application of carbon nanotube FETs

Xu Gaobin 1,2 Chen Xing 1,2 Zhou Qi 3 Wang Peng 1,2

(1. Micro Electromechanical System Research Center of Engineering and Technology of Anhui Province, Hefei 230009, China; 2. School of Electronic Science & Applied Physics, Hefei 230009, China; 3. School of Materials Science and Engineering, Hefei

University of Technology, Hefei 230009, China)

Abstract: Carbon nanotube has many extraordinary electrical properties and extensive application foreground on nano electronics. With the development of nanotechnology, new process technique is generated. And the bottom-up fabri-cation process is developed based on nano technique and nano materials, then various new electron devices is constructed by using the properties of nanotubes and nanowires. Since the CNTs can act same roles in electronic circuit as Si material, and with the profound development of research of nano-ICs based on CNTs, the electronics will turn into the nanoelec-tronic era truly from the microelectronic era. In this paper, the feature of typical structure of nano electronic devices based on CNTs, CNTs field effect transistor (FET), is discussed, the characteristic of typical structure of logic-gate circuits based on CNT-FETs is represented, and the application of CNTs on flexible nano ICs is also described.

Keywords: carbon nanotube; FETs; nano logic-gate circuit; flexible nano-ICs; Nano electronics

1 引 言

自1991年S. Iijima 发现碳纳米管后[1]

, 由于其独特的物理、化学性质及其机械性能, 具有径向量子效应、超大比表面面积、千兆赫兹的固有振荡频率等特点[2]

, 碳纳米管(carbon nanotubes, CNTs)引起了人们的极大关注。从结构上来说, CNTs 可以分为单

壁碳纳米管(single-walled carbon nanotube, SWCNT)和多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotube, MWCNT)。SWCNT 是单层的, 其直径在1~5 nm; MWCNT 大约有50层, 内径在1.5~15 nm, 外径在2.5~30 nm 。MWCNT 由于结构上存在缺陷, 其纳结构在稳定性上不如SWCNT 结构。碳纳米管具有一些独特的电学性质[3], 可制备出金属性和半导体性