控制制备让金属杂质远离碳纳米管晶体管

半导体性单壁碳纳米管(s-SWCNT)具有高载流子迁移率、小尺寸和优异的稳定性,是构建高性能场效应晶体管和逻辑电路的理想材料;而金属性单壁碳纳米管(m-SWCNT)具有高的电流承载能力和良好的光电特性,可用作电路互连线或透明电极材料。但是,通常制备得到的单壁碳纳米管为金属性与半导体性碳管的混合物,这成为限制其在电子器件中应用的瓶颈。尽管近年来发展了生长后处理方法分离半导体/金属性、甚至单一手性的单壁碳纳米管,但该过程不可避免地在碳纳米管中引入污染或缺陷,并降低所构建器件的性能。因此,直接选择性制备半导体性/金属性单壁碳纳米管研究受到了极大关注。例如,通过调控过渡金属催化剂和高熔点合金催化剂的成分及晶格结构等已实现了单壁碳纳米管的结构控制生长,但金属催化剂可能残留在单壁碳纳米管样品中而影响其器件应用。

AM-chenghuiming

中国科学院金属研究所先进炭材料研究部成会明、刘畅研究团队通过调控非金属氧化硅纳米颗粒的大小及氧/硅比等,实现了高纯度、无金属杂质的金属性/半导体性单壁碳纳米管的可控制备,进而分别以半导体性和金属性单壁碳纳米管为晶体管的沟道材料和源漏电极制备出全碳纳米管薄膜晶体管器件。该工作通过调控SiOx催化剂的化学组分以改变其表面能,实现了金属性/半导体碳纳米管的选择性生长,为结构和性能可控的单壁碳纳米管制备提供了一个新思路。所构建的全碳纳米管薄膜场效应晶体管具有较高的开关比及载流子迁移率;同时由于该器件中不含任何金属杂质,有效提高了器件在苛刻条件下(如高温、高湿等)工作的稳定性和持久性。相关论文近期发表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201605719)上,张莉莉和孙东明为论文共同第一作者。

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