一种提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法及反相器的制造方法
一种提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法及反相器的制造方法
【技术领域】
[0001]本申请属于印刷纳米电子领域，特别是涉及一种提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法、碳纳米管薄膜晶体管的制作方法及反相器。
【背景技术】
[0002]印刷电子技术是近年来才在国际上蓬勃发展起来的新兴技术与产业领域，据专家预测2017年全世界印刷电子产品总值将达到3300亿美元，因而印刷电子技术的发展已受到全世界人们的广泛关注，成为当今多学科交叉、综合的前沿研究热点。印刷电子器件虽然在性能上不如娃基半导体微电子器件，但由于其简单的印刷制作工艺和对基底材料的无选择性，使其在大面积、柔性化、低成本电子器件应用领域有硅基半导体微电子电子器件无法比拟的优势。为了实现大面积、大批量、低成本制作，器件的性能均一是一项必须保证的关键要素。半导体碳纳米管具有许多优越的性能，与其他半导体材料相比不仅尺寸小、电学性能优异、物理和化学性质稳定性好，而且碳纳米管构建的晶体管等电子元件具有发热量更少以及运行频率更高等优点，同时碳纳米管容易实现溶液化，分离纯化后的半导体碳纳米管印刷墨水能够构建出高性能的印刷碳纳米管薄膜晶体管器件，因此半导体碳纳米管被认为是构建高性能薄膜晶体管器件最理想的半导体材料之一。
[0003]但是，在器件的制备过程中，由于碳管分散和分离引入的表活剂、聚合物等杂质会直接影响到器件的性能，通常会采用清洗或退火去除。而由于没有经过任何处理的基底和碳纳米管之间的结合力较差，清洗会导致碳管的密度下降，器件的性能不能很好的提高，并且碳管密度的下降会导致器件均一性较差。而通过APTES等高分子进行功能化处理的基底，可以在一定程度上在基底表面更好的富集碳纳米管，但是适用范围有限。
【发明内容】
[0004]本发明的目的提供一种提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法、碳纳米管薄膜晶体管的制作方法及反相器，解决了现有技术中器件性能差、基底与碳纳米管之间结合力差以及适用范围有限的技术问题。
[0005]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
本申请公开了一种提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法，包括:
S1、制备碳纳米管溶液；
s2、对基底进行等离子刻蚀处理，使其改性并具有一定的浸润性；
S3、通过打印方式将碳纳米管溶液定位于基底的沟道之间，得到性能均一的多个碳纳米管薄膜晶体管。
[0006]优选的，在上述的提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法中，所述步骤s2中，对基底进行氧气等离子刻蚀处理。
[0007]优选的，在上述的提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法中，所述步骤s2中，对基底进行氧气等离子刻蚀处理的时间为lmirTlOmin。
[0008]优选的，在上述的提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法中，所述步骤s2中，对基底进行氧气等离子刻蚀处理的放电功率为8(Tl20W。
[0009]优选的，在上述的提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法中，所述步骤Si中，通过聚合物对碳纳米管的包覆结合，分离得到富集了半导体碳纳米管的溶液。
[0010]优选的，在上述的提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法中，所述聚合物选自聚噻吩衍生物、聚芴、聚芴衍生物、聚间苯乙炔衍生物、聚咔唑衍生物以及聚吡啶衍生物中的一种或多种的组合。
[0011]优选的，在上述的提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法中，所述碳纳米管的管径为0.6nnT2nm，所获得的碳纳米管溶液为单壁半导体碳纳米管溶液。
[0012]优选的，在上述的提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法中，所述基底选自PET、P1、玻璃、硅片或石英；所述步骤S3中，所述打印方式包括喷墨打印或气溶胶打印。
[0013]本申请还公开了一种碳纳米管薄膜晶体管的制作方法，包括:
S1、制备碳纳米管溶液；
s2、对基底进行等离子刻蚀处理，使其改性并具有一定的浸润性；
S3、通过打印方式将碳纳米管溶液定位于基底的沟道之间，得到碳纳米管薄膜晶体管。
[0014]相应地，本申请还公开了一种反相器，包括上述方法制作获得的碳纳米管薄膜晶体管。
[0015]与现有技术相比，本发明的优点在于:通过短时间的氧气等离子体刻蚀对基底表面进行处理，基底表面亲水化效果明显，具有很好的浸润性。在此基础上，构建的碳纳米管薄膜晶体管器件性能良好，可以在改性的基底上制作均一性较高的多个晶体管。其制备方法工艺简单、环境友好、操作方便、成本低廉，因此有望应用于大规模商业化生产高性能大面积印刷独立碳纳米管晶体管器件。
【附图说明】
[0016]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1所示为本发明实施例1中基底接触角的侧视图，其中，a)为氧气等离子体处理后基底的接触角的测试；b)为空白未经任何处理的基底的测试图；c)为200°C高温真空下处理I小时的基底的接触角测试；
图2为本发明实施例1制备获得的薄膜晶体管的电性能测试图，其中，a)、b)分别是等离子体刻蚀后亲水化基底器件的转移以及输出曲线，c)是基底未进行任何处理的基底器件的转移曲线，d)是真空处理后疏水化基底器件的转移曲线；
图3为本发明实施例1制备得到的200个薄膜晶体管的电性能测试图(a，b)以及迁移率(c)和开关比数据统计分布图(d)。
【具体实施方式】
[0018]针对现有的用于制备碳纳米管薄膜晶体管方法的不足，如需要额外的引入功能化高分子、处理时间较长、方法复杂、粘附力较差等，在表面粗糙的基体上构建的器件性能往往不高或者无法正常工作。本发明实施例提供了一种提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法，包括:
S1、制备碳纳米管溶液；
s2、对基底进行等离子刻蚀处理，使其改性并具有一定的浸润性；
S3、通过打印方式将碳纳米管溶液定位于基底的沟道之间，得到性能均一的多个碳纳米管薄膜晶体管。
[0019]上述步骤Si中，需要通过聚合物对碳纳米管进行包覆，使得碳纳米管表面功能化。碳纳米管表面功能化是指选择特定的聚合物在一定的有机溶剂中经过超声离心等处理，促使聚合物和半导体碳纳米管作用，最后选择性分离得到富集了表面功能化的半导体型碳纳米管溶液。所述聚合物优选自聚噻吩衍生物、聚芴、聚芴衍生物、聚间苯乙炔衍生物、聚咔唑衍生物以及聚吡啶衍生物中的一种或多种的组合。
[0020]所述碳纳米管为商业化的可购买的CoMoCat 65、CoMoCat76、CG200、HiPCO, CGlOO和Arc discharge (如P2)中的任意一种；所述碳纳米管的管径范围是0.6?2nm之间。所获得的碳纳米管溶液为单壁半导体碳纳米管溶液。
[0021]上述步骤s2中，基底的浸润性改性，是通过一定时间的氧气等离子体刻蚀，使得基底的表面被改性为亲水性，从而具有一定程度上的浸润性，可以更好的和功能化的碳纳米管结合。氧气等离子体刻蚀处理的时间优选为ImirTlOmin,更优选为lmin。对基底进行氧气等离子刻蚀处理的放电功率优选为8(Tl20W。基底的材料可以为刚性或柔性，柔性基底优选自PET (聚对苯二甲酸乙二醇酯)或PI (聚酰亚胺)，刚性基底为玻璃、硅片、石英等。
[0022]上述步骤S3中，所述打印方式包括喷墨打印或气溶胶打印等。
[0023]上述步骤S3中，需要在一次打印溶液完毕的时候用溶剂清洗器件表面2-4次，除去表面不需要的杂质促使器件有较高的开关比数值。
[0024]本发明实施例还公开了一种反相器，该反相器采用由上述制作方法获得的碳纳米管薄膜晶体管。
[0025]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的，并且本发明并不限于这些实施方式。
[0026]在此，还需 要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
[0027]实施例1
碳纳米管薄膜晶体管的制作方法包括:
1、半导体碳纳米管墨水的制备
在温度< 0°C的条件下,将管径为1.4nm的商业化大管径arc discharge碳管(P2碳管)分散于含聚[(9，9- 二辛基芴基-2，7- 二基)-co-1, 4-苯并-2，I, 3-噻二唑](PFOBT)的有机溶液中，获得分散均一的碳纳米管溶液；以及，对碳纳米管溶液进行离心处理，离心速度为15000g，离心时间为60min，分离出上层清液。经过紫外以及拉曼表征证实，上清液中完全没有金属碳纳米管的存在，由此获得富集半导体碳纳米管的溶液。
[0028]2、碳纳米管薄膜晶体管的构建以及电性能测试
首先是基底的处理，把基片放置于装置腔体之中，在氧气等离子体放电的氛围中处理lmin，并且调节放电功率为80w。此外作为对比试验，在真空高温的条件下，200°C处理另一基片I小时。图1是对以上两种不同条件和一个空白的未经任何处理的基片，做了接触角的测试。结果证实，氧气等离子体处理后的接触角最小为15.4°，小于未处理的43.5°以及真空处理的68.1°。另外也表明，等离子体处理后的基底表面亲水化，具有浸润性，而真空处理后的表面疏水化。使用标准器件通过打印的途径构建碳纳米管薄膜晶体管器件，其中硅做栅极,二氧化娃作为介电层，Si/Si02 (100 nm/300 nm),电子束沉积100 nm厚度的金(Au)作为源漏电极。
[0029]图2是不同的处理方式制备的晶体管的电性能测试图。从图中可以看出，在相同的工作电压下，均为IV，经过等离子体处理的基底构建的晶体管的迁移率达到17.3Cm2V4s'远远大于不处理的基底以及真空处理的基底器件的性能。
[0030]图3是通过打印的方式，在氧气等离子体刻蚀处理的基底上构建了 200个碳纳米管薄膜晶体管器件，性能测试数据表明，85%以上的器件的迁移率集中分布在12-20Cm2V-1S-1之间，其中179个器件的开关比分布在105-108之间。由此可见，经过等离子体刻蚀的方法，可以快速方便地制备出均一性很好的碳纳米管薄膜晶体管器件。
[0031]此外，作为辅助实验，为了验证功能化碳纳米管和亲水化基底表面较强的粘附结合力，在功率为40W的超声条件下，对制备的碳纳米管薄膜晶体管器件经过45min的超声处理，测试结果证实器件性能基本没有变化。所以，经过氧气等离子体刻蚀的基底表面和功能化的碳纳米管之间的结合较强，由此才可以更好的提高器件的均一性。
[0032]通过上述基底改性制备的性能良好的碳纳米管薄膜晶体管构建反相器，在工作电压为5V时，取得了在17的增益。
[0033]实施例2
碳纳米管薄膜晶体管的制作方法包括:
在温度彡(TC的条件下，将管径为0.Snm的商业化碳纳米管CG200分散于含聚[(2，7-9，9- 二辛基芴基)-alt-4, 7-双(噻吩-2-基)苯并-2，I, 3-噻二唑](PFODBT)的有机溶液中，获得分散均一的碳纳米管溶液；以及，对碳纳米管溶液进行离心处理，离心速度为12000g，离心时间为90min，分离出上层清液，由此获得富集半导体碳纳米管的溶液。接着是对基底进行处理，把基片放置于装置腔体之中，在氧气等离子体放电的氛围中处理1min,并且调节放电功率为100w。并通过打印的途径在基底上面的沟道之间打印上碳纳米管溶液，器件电性能测试结果证实，器件的性能良好，并且多个晶体管的均一性也很好。
[0034]实施例3
碳纳米管薄膜晶体管的制作方法包括:
在温度彡(TC的条件下，将管径为0.6nm的商业化碳纳米管CoMoCAT 76分散于含聚[(9，9- 二辛基芴基-2，7- 二基)-co-并噻吩](F8T2)的有机溶液中，获得分散均一的碳纳米管溶液；以及，对碳纳米管溶液进行离心处理，离心速度为lOOOOg，离心时间为120min，分离出上层清液，由此获得富集半导体碳纳米管的溶液。接着是对基底进行处理，把基片放置于装置腔体之中，在氧气等离子体放电的氛围中处理5min，并且调节放电功率为120w。并通过打印的途径在基底上面的沟道之间打印上碳纳米管溶液，器件电性能测试结果证实，器件的性能良好，并且多个晶体管的均一性也很好。
[0035]综上所述，本发明提出了一种碳纳米管薄膜晶体管的制作方法，对基底氧气等离子体刻蚀，测试数据表明器件的迁移率和开关比分布集中，并且较高，后期的清洗以及长时间的超声均不影响器件的性能。该制备方法具有工艺操作简单、快速、环境友好、不引入其他的杂质分子性能较高等优势，并且适用于刚性和柔性基底。
[0036]最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
【主权项】
1.一种提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法，其特征在于，包括: S1、制备碳纳米管溶液； s2、对基底进行等离子刻蚀处理，使其改性并具有一定的浸润性； S3、通过打印方式将碳纳米管溶液定位于基底的沟道之间，得到性能均一的多个碳纳米管薄膜晶体管。2.根据权利要求1所述的提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法，其特征在于:所述步骤s2中，对基底进行氧气等离子刻蚀处理。3.根据权利要求2所述的提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法，其特征在于:所述步骤s2中，对基底进行氧气等离子刻蚀处理的时间为lmirTlOmin。4.根据权利要求2所述的提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法，其特征在于:所述步骤s2中，对基底进行氧气等离子刻蚀处理的放电功率为8(Tl20W。5.根据权利要求1所述的提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法，其特征在于:所述步骤Si中，通过聚合物对碳纳米管的包覆结合，分离得到富集了半导体碳纳米管的溶液。6.根据权利要求5所述的提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法，其特征在于:所述聚合物选自聚噻吩衍生物、聚芴、聚芴衍生物、聚间苯乙炔衍生物、聚咔唑衍生物以及聚吡啶衍生物中的一种或多种的组合。7.根据权利要求5所述的提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法，其特征在于:所述碳纳米管的管径为0.6nnT2nm，所获得的碳纳米管溶液为单壁半导体碳纳米管溶液。8.根据权利要求1所述的提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法，其特征在于:所述基底选自PET、P1、玻璃、硅片或石英；所述步骤s3中，所述打印方式包括喷墨打印或气溶胶打印。9.一种碳纳米管薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，包括: S1、制备碳纳米管溶液； s2、对基底进行等离子刻蚀处理，使其改性并具有一定的浸润性； S3、通过打印方式将碳纳米管溶液定位于基底的沟道之间，得到碳纳米管薄膜晶体管。10.一种反相器，其特征在于:包括由权利要求9所述的方法制作获得的碳纳米管薄膜晶体管。
【专利摘要】本申请公开了一种提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法，包括：s1、制备碳纳米管溶液；s2、对基底进行等离子刻蚀处理，使其改性并具有一定的浸润性；s3、通过打印方式将碳纳米管溶液定位于基底的沟道之间，得到性能均一的多个碳纳米管薄膜晶体管。本发明通过短时间的氧气等离子体刻蚀对基底表面进行处理，基底表面亲水化效果明显，具有很好的浸润性。在此基础上，构建的碳纳米管薄膜晶体管器件性能良好，可以在改性的基底上制作均一性较高的多个晶体管。其制备方法工艺简单、环境友好、操作方便、成本低廉，因此有望应用于大规模商业化生产高性能大面积印刷独立碳纳米管晶体管器件。
【IPC分类】H01L21/336, H01L29/786, B82Y10/00
【公开号】CN104900518
【申请号】CN201410074627
【发明人】赵建文, 徐文亚, 刘振, 钱龙, 崔铮
【申请人】中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年3月3日
【技术领域】
[0001]本申请属于印刷纳米电子领域，特别是涉及一种提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法、碳纳米管薄膜晶体管的制作方法及反相器。
【背景技术】
[0002]印刷电子技术是近年来才在国际上蓬勃发展起来的新兴技术与产业领域，据专家预测2017年全世界印刷电子产品总值将达到3300亿美元，因而印刷电子技术的发展已受到全世界人们的广泛关注，成为当今多学科交叉、综合的前沿研究热点。印刷电子器件虽然在性能上不如娃基半导体微电子器件，但由于其简单的印刷制作工艺和对基底材料的无选择性，使其在大面积、柔性化、低成本电子器件应用领域有硅基半导体微电子电子器件无法比拟的优势。为了实现大面积、大批量、低成本制作，器件的性能均一是一项必须保证的关键要素。半导体碳纳米管具有许多优越的性能，与其他半导体材料相比不仅尺寸小、电学性能优异、物理和化学性质稳定性好，而且碳纳米管构建的晶体管等电子元件具有发热量更少以及运行频率更高等优点，同时碳纳米管容易实现溶液化，分离纯化后的半导体碳纳米管印刷墨水能够构建出高性能的印刷碳纳米管薄膜晶体管器件，因此半导体碳纳米管被认为是构建高性能薄膜晶体管器件最理想的半导体材料之一。
[0003]但是，在器件的制备过程中，由于碳管分散和分离引入的表活剂、聚合物等杂质会直接影响到器件的性能，通常会采用清洗或退火去除。而由于没有经过任何处理的基底和碳纳米管之间的结合力较差，清洗会导致碳管的密度下降，器件的性能不能很好的提高，并且碳管密度的下降会导致器件均一性较差。而通过APTES等高分子进行功能化处理的基底，可以在一定程度上在基底表面更好的富集碳纳米管，但是适用范围有限。
【发明内容】
[0004]本发明的目的提供一种提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法、碳纳米管薄膜晶体管的制作方法及反相器，解决了现有技术中器件性能差、基底与碳纳米管之间结合力差以及适用范围有限的技术问题。
[0005]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
本申请公开了一种提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法，包括:
S1、制备碳纳米管溶液；
s2、对基底进行等离子刻蚀处理，使其改性并具有一定的浸润性；
S3、通过打印方式将碳纳米管溶液定位于基底的沟道之间，得到性能均一的多个碳纳米管薄膜晶体管。
[0006]优选的，在上述的提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法中，所述步骤s2中，对基底进行氧气等离子刻蚀处理。
[0007]优选的，在上述的提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法中，所述步骤s2中，对基底进行氧气等离子刻蚀处理的时间为lmirTlOmin。
[0008]优选的，在上述的提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法中，所述步骤s2中，对基底进行氧气等离子刻蚀处理的放电功率为8(Tl20W。
[0009]优选的，在上述的提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法中，所述步骤Si中，通过聚合物对碳纳米管的包覆结合，分离得到富集了半导体碳纳米管的溶液。
[0010]优选的，在上述的提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法中，所述聚合物选自聚噻吩衍生物、聚芴、聚芴衍生物、聚间苯乙炔衍生物、聚咔唑衍生物以及聚吡啶衍生物中的一种或多种的组合。
[0011]优选的，在上述的提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法中，所述碳纳米管的管径为0.6nnT2nm，所获得的碳纳米管溶液为单壁半导体碳纳米管溶液。
[0012]优选的，在上述的提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法中，所述基底选自PET、P1、玻璃、硅片或石英；所述步骤S3中，所述打印方式包括喷墨打印或气溶胶打印。
[0013]本申请还公开了一种碳纳米管薄膜晶体管的制作方法，包括:
S1、制备碳纳米管溶液；
s2、对基底进行等离子刻蚀处理，使其改性并具有一定的浸润性；
S3、通过打印方式将碳纳米管溶液定位于基底的沟道之间，得到碳纳米管薄膜晶体管。
[0014]相应地，本申请还公开了一种反相器，包括上述方法制作获得的碳纳米管薄膜晶体管。
[0015]与现有技术相比，本发明的优点在于:通过短时间的氧气等离子体刻蚀对基底表面进行处理，基底表面亲水化效果明显，具有很好的浸润性。在此基础上，构建的碳纳米管薄膜晶体管器件性能良好，可以在改性的基底上制作均一性较高的多个晶体管。其制备方法工艺简单、环境友好、操作方便、成本低廉，因此有望应用于大规模商业化生产高性能大面积印刷独立碳纳米管晶体管器件。
【附图说明】
[0016]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1所示为本发明实施例1中基底接触角的侧视图，其中，a)为氧气等离子体处理后基底的接触角的测试；b)为空白未经任何处理的基底的测试图；c)为200°C高温真空下处理I小时的基底的接触角测试；
图2为本发明实施例1制备获得的薄膜晶体管的电性能测试图，其中，a)、b)分别是等离子体刻蚀后亲水化基底器件的转移以及输出曲线，c)是基底未进行任何处理的基底器件的转移曲线，d)是真空处理后疏水化基底器件的转移曲线；
图3为本发明实施例1制备得到的200个薄膜晶体管的电性能测试图(a，b)以及迁移率(c)和开关比数据统计分布图(d)。
【具体实施方式】
[0018]针对现有的用于制备碳纳米管薄膜晶体管方法的不足，如需要额外的引入功能化高分子、处理时间较长、方法复杂、粘附力较差等，在表面粗糙的基体上构建的器件性能往往不高或者无法正常工作。本发明实施例提供了一种提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法，包括:
S1、制备碳纳米管溶液；
s2、对基底进行等离子刻蚀处理，使其改性并具有一定的浸润性；
S3、通过打印方式将碳纳米管溶液定位于基底的沟道之间，得到性能均一的多个碳纳米管薄膜晶体管。
[0019]上述步骤Si中，需要通过聚合物对碳纳米管进行包覆，使得碳纳米管表面功能化。碳纳米管表面功能化是指选择特定的聚合物在一定的有机溶剂中经过超声离心等处理，促使聚合物和半导体碳纳米管作用，最后选择性分离得到富集了表面功能化的半导体型碳纳米管溶液。所述聚合物优选自聚噻吩衍生物、聚芴、聚芴衍生物、聚间苯乙炔衍生物、聚咔唑衍生物以及聚吡啶衍生物中的一种或多种的组合。
[0020]所述碳纳米管为商业化的可购买的CoMoCat 65、CoMoCat76、CG200、HiPCO, CGlOO和Arc discharge (如P2)中的任意一种；所述碳纳米管的管径范围是0.6?2nm之间。所获得的碳纳米管溶液为单壁半导体碳纳米管溶液。
[0021]上述步骤s2中，基底的浸润性改性，是通过一定时间的氧气等离子体刻蚀，使得基底的表面被改性为亲水性，从而具有一定程度上的浸润性，可以更好的和功能化的碳纳米管结合。氧气等离子体刻蚀处理的时间优选为ImirTlOmin,更优选为lmin。对基底进行氧气等离子刻蚀处理的放电功率优选为8(Tl20W。基底的材料可以为刚性或柔性，柔性基底优选自PET (聚对苯二甲酸乙二醇酯)或PI (聚酰亚胺)，刚性基底为玻璃、硅片、石英等。
[0022]上述步骤S3中，所述打印方式包括喷墨打印或气溶胶打印等。
[0023]上述步骤S3中，需要在一次打印溶液完毕的时候用溶剂清洗器件表面2-4次，除去表面不需要的杂质促使器件有较高的开关比数值。
[0024]本发明实施例还公开了一种反相器，该反相器采用由上述制作方法获得的碳纳米管薄膜晶体管。
[0025]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的，并且本发明并不限于这些实施方式。
[0026]在此，还需 要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
[0027]实施例1
碳纳米管薄膜晶体管的制作方法包括:
1、半导体碳纳米管墨水的制备
在温度< 0°C的条件下,将管径为1.4nm的商业化大管径arc discharge碳管(P2碳管)分散于含聚[(9，9- 二辛基芴基-2，7- 二基)-co-1, 4-苯并-2，I, 3-噻二唑](PFOBT)的有机溶液中，获得分散均一的碳纳米管溶液；以及，对碳纳米管溶液进行离心处理，离心速度为15000g，离心时间为60min，分离出上层清液。经过紫外以及拉曼表征证实，上清液中完全没有金属碳纳米管的存在，由此获得富集半导体碳纳米管的溶液。
[0028]2、碳纳米管薄膜晶体管的构建以及电性能测试
首先是基底的处理，把基片放置于装置腔体之中，在氧气等离子体放电的氛围中处理lmin，并且调节放电功率为80w。此外作为对比试验，在真空高温的条件下，200°C处理另一基片I小时。图1是对以上两种不同条件和一个空白的未经任何处理的基片，做了接触角的测试。结果证实，氧气等离子体处理后的接触角最小为15.4°，小于未处理的43.5°以及真空处理的68.1°。另外也表明，等离子体处理后的基底表面亲水化，具有浸润性，而真空处理后的表面疏水化。使用标准器件通过打印的途径构建碳纳米管薄膜晶体管器件，其中硅做栅极,二氧化娃作为介电层，Si/Si02 (100 nm/300 nm),电子束沉积100 nm厚度的金(Au)作为源漏电极。
[0029]图2是不同的处理方式制备的晶体管的电性能测试图。从图中可以看出，在相同的工作电压下，均为IV，经过等离子体处理的基底构建的晶体管的迁移率达到17.3Cm2V4s'远远大于不处理的基底以及真空处理的基底器件的性能。
[0030]图3是通过打印的方式，在氧气等离子体刻蚀处理的基底上构建了 200个碳纳米管薄膜晶体管器件，性能测试数据表明，85%以上的器件的迁移率集中分布在12-20Cm2V-1S-1之间，其中179个器件的开关比分布在105-108之间。由此可见，经过等离子体刻蚀的方法，可以快速方便地制备出均一性很好的碳纳米管薄膜晶体管器件。
[0031]此外，作为辅助实验，为了验证功能化碳纳米管和亲水化基底表面较强的粘附结合力，在功率为40W的超声条件下，对制备的碳纳米管薄膜晶体管器件经过45min的超声处理，测试结果证实器件性能基本没有变化。所以，经过氧气等离子体刻蚀的基底表面和功能化的碳纳米管之间的结合较强，由此才可以更好的提高器件的均一性。
[0032]通过上述基底改性制备的性能良好的碳纳米管薄膜晶体管构建反相器，在工作电压为5V时，取得了在17的增益。
[0033]实施例2
碳纳米管薄膜晶体管的制作方法包括:
在温度彡(TC的条件下，将管径为0.Snm的商业化碳纳米管CG200分散于含聚[(2，7-9，9- 二辛基芴基)-alt-4, 7-双(噻吩-2-基)苯并-2，I, 3-噻二唑](PFODBT)的有机溶液中，获得分散均一的碳纳米管溶液；以及，对碳纳米管溶液进行离心处理，离心速度为12000g，离心时间为90min，分离出上层清液，由此获得富集半导体碳纳米管的溶液。接着是对基底进行处理，把基片放置于装置腔体之中，在氧气等离子体放电的氛围中处理1min,并且调节放电功率为100w。并通过打印的途径在基底上面的沟道之间打印上碳纳米管溶液，器件电性能测试结果证实，器件的性能良好，并且多个晶体管的均一性也很好。
[0034]实施例3
碳纳米管薄膜晶体管的制作方法包括:
在温度彡(TC的条件下，将管径为0.6nm的商业化碳纳米管CoMoCAT 76分散于含聚[(9，9- 二辛基芴基-2，7- 二基)-co-并噻吩](F8T2)的有机溶液中，获得分散均一的碳纳米管溶液；以及，对碳纳米管溶液进行离心处理，离心速度为lOOOOg，离心时间为120min，分离出上层清液，由此获得富集半导体碳纳米管的溶液。接着是对基底进行处理，把基片放置于装置腔体之中，在氧气等离子体放电的氛围中处理5min，并且调节放电功率为120w。并通过打印的途径在基底上面的沟道之间打印上碳纳米管溶液，器件电性能测试结果证实，器件的性能良好，并且多个晶体管的均一性也很好。
[0035]综上所述，本发明提出了一种碳纳米管薄膜晶体管的制作方法，对基底氧气等离子体刻蚀，测试数据表明器件的迁移率和开关比分布集中，并且较高，后期的清洗以及长时间的超声均不影响器件的性能。该制备方法具有工艺操作简单、快速、环境友好、不引入其他的杂质分子性能较高等优势，并且适用于刚性和柔性基底。
[0036]最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
【主权项】
1.一种提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法，其特征在于，包括: S1、制备碳纳米管溶液； s2、对基底进行等离子刻蚀处理，使其改性并具有一定的浸润性； S3、通过打印方式将碳纳米管溶液定位于基底的沟道之间，得到性能均一的多个碳纳米管薄膜晶体管。2.根据权利要求1所述的提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法，其特征在于:所述步骤s2中，对基底进行氧气等离子刻蚀处理。3.根据权利要求2所述的提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法，其特征在于:所述步骤s2中，对基底进行氧气等离子刻蚀处理的时间为lmirTlOmin。4.根据权利要求2所述的提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法，其特征在于:所述步骤s2中，对基底进行氧气等离子刻蚀处理的放电功率为8(Tl20W。5.根据权利要求1所述的提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法，其特征在于:所述步骤Si中，通过聚合物对碳纳米管的包覆结合，分离得到富集了半导体碳纳米管的溶液。6.根据权利要求5所述的提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法，其特征在于:所述聚合物选自聚噻吩衍生物、聚芴、聚芴衍生物、聚间苯乙炔衍生物、聚咔唑衍生物以及聚吡啶衍生物中的一种或多种的组合。7.根据权利要求5所述的提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法，其特征在于:所述碳纳米管的管径为0.6nnT2nm，所获得的碳纳米管溶液为单壁半导体碳纳米管溶液。8.根据权利要求1所述的提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法，其特征在于:所述基底选自PET、P1、玻璃、硅片或石英；所述步骤s3中，所述打印方式包括喷墨打印或气溶胶打印。9.一种碳纳米管薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，包括: S1、制备碳纳米管溶液； s2、对基底进行等离子刻蚀处理，使其改性并具有一定的浸润性； S3、通过打印方式将碳纳米管溶液定位于基底的沟道之间，得到碳纳米管薄膜晶体管。10.一种反相器，其特征在于:包括由权利要求9所述的方法制作获得的碳纳米管薄膜晶体管。
【专利摘要】本申请公开了一种提高碳纳米管薄膜晶体管均一性的方法，包括：s1、制备碳纳米管溶液；s2、对基底进行等离子刻蚀处理，使其改性并具有一定的浸润性；s3、通过打印方式将碳纳米管溶液定位于基底的沟道之间，得到性能均一的多个碳纳米管薄膜晶体管。本发明通过短时间的氧气等离子体刻蚀对基底表面进行处理，基底表面亲水化效果明显，具有很好的浸润性。在此基础上，构建的碳纳米管薄膜晶体管器件性能良好，可以在改性的基底上制作均一性较高的多个晶体管。其制备方法工艺简单、环境友好、操作方便、成本低廉，因此有望应用于大规模商业化生产高性能大面积印刷独立碳纳米管晶体管器件。
【IPC分类】H01L21/336, H01L29/786, B82Y10/00
【公开号】CN104900518
【申请号】CN201410074627
【发明人】赵建文, 徐文亚, 刘振, 钱龙, 崔铮
【申请人】中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年3月3日
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