高效碳纳米管薄膜晶体管和大规模超薄柔性集成电路

碳纳米管具有非凡的电学特性,单壁碳纳米管场效应晶体管(SWNT-FET)已经表现出比同等沟道尺寸的硅器件更优良的电学特征参数。然而,受碳管手性、直径、排布、以及纯度(半导体性)等方面的制约,单体碳管卓越的性能暂时无法在规模应用得到充分体现。SWNT薄膜,由于大量的碳管参与导电过程,在宏观上表现出优异的电学一致性,且继承了碳管的高载流子迁移率和非凡的机械韧性,可以直接用于透明导电层、柔性电子电路、传感器件等。

南洋理工大学的张青教授研究小组利用不同性质电介质包覆的简单办法开发出了高效p-型和n-型单壁碳纳米管薄膜场效应管器件(SWNT-TFT),该类器件具有大于4个数量级的电流开关比,载流子迁移率高达80cm2V-1s-1,2V的栅压范围即可满足器件工作需要。基于该技术的反相器可以在数千赫兹的交流状态下良好工作。进一步地,该小组成功制备出CMOS结构的NOR,NAND,OR,AND四中基本逻辑门电路,展示了其在集成电路中规模应用的可能性。该工作发表于最新一期的SMALL。小组主要成员高平奇现任职于中科院宁波材料技术与工程研究所,目前高平奇副研究员与张青教授已经合作开发出了基于碳纳米管薄膜材料的新型大规模柔性电路集成技术,该技术利用一步转移的办法直接实现碳管电路从硬质衬底到完全柔性电路的转换,一举解决了传统技术中必须在柔性衬底上构建电路的技术瓶颈。该技术不但可以制备出厚度仅为1.4µm的逻辑电路,还具有超低低成本和大规模集成的优势,适用于构建逻辑电路、OLED驱动电路、压力传感器阵列、人造皮肤等。相关技术已经由南洋理工大学发明中心申请了美国专利。