【写作竞赛】“印刷”碳纳米管场效应晶体管

图1 碳纳米管场效应晶体管制备示意图

在固体表面制备纳米图形的方法被认为是现代材料科学与技术的基础。微接触印刷技术(μCP)是一种通用的表面印制图形的方法,可用来制备不同的材料,包括低分子量分子,高分子,生物分子如蛋白质或DNA,碳纳米管(CNTs),纳米颗粒以及金属薄膜。首先将大分子或纳米颗粒吸附到图章表面,然后通过物理或化学反应转移到基板上。德国明斯特大学有机化学研究所的Jan Mehlich教授所在的研究小组,最近应用微接触印刷技术,成功制备了碳纳米管场效应晶体管。该研究工作的创新之处在于简单、低廉而且快速的在基板上制备了无序的带有图案的CNT薄膜。应用一种单层的半导体单壁CNTs作为沟道材料,一种致密的且很厚的金属CNTs层充当电极材料。该技术分为两个主要步骤完成:第一步,将条状的半导体CNTs印制在基板上充当删电极,其中CNTs条的宽度为5μm,彼此的间距为3μm;第二步,将条状金属CNTs垂直的印制在半导体管上,如图1所示。

图 2 PDMS图章和硅基板用于转移印制CNTs

半导体CNTs和金属CNTs的制备:Jan Mehlich教授为了获得高纯度的半导体和金属CNT的乳液,应用凝胶过滤法制备了一种混合的乳液。μCP技术成功的关键因素在于分子对于图章和基板的吸附效应。因此,应用一种显微聚二甲硅氧烷材料(PDMS)的图章从乳液中吸附CNTs。为了将图章上的CNTs顺利的转移到基板上,文中还探讨了三种不同的涂覆材料的影响(APTES, AUTCS和PAMMA)。结果发现,PAMMA聚合物是最适宜的表面改性材料。图2为将图章上的CNT转移到基板上的流程图。

作者应用原子力显微镜观测了CNT微图案的形貌。结果显示,制备的半导体CNT和金属CNT条具有很高的质量,未发现明显的缺陷。半导体CNTs和金属CNTs在转移薄膜后保持了良好的电特性。这一工作为未来发展柔性CNT薄膜晶体管奠定了良好的基础。

作者简介:

 

何洪文,男,博士,中国科学院微电子研究所助理研究员。2003年毕业于河北理工大学金属材料加工工程专业,获得学士学位;2009年毕业于北京工业大学材料加工工程专业,获得博士学位;2010年至2012年于清华大学机械工程系从事博士后研究工作。2012年至今于中科院微电子研究所工作。主要研究方向为电子封装钎料焊点的可靠性研究、焊接残余应力与变形的数值模拟研究。参与项目“电迁移引发的电子连接材料内部物质运动和晶须生长机理”,“应用逆向分析法模拟大型焊接结构的焊接变形”,博士后基金项目“无铅焊点电迁移过程中的应力演变及其对可靠性的影响”,“中国TSV技术攻关联合体”,华为合作项目“TSV热、电和机械仿真” 等。在国际国内刊物和会议上发表论文30多篇,其中第一作者论文22篇,SCI检索论文12篇,申请专利2项,软件著作1项。