Abstract
由於奈米碳管具有優異的電性，所以奈米碳管電晶體具有相當大的潛力應用於未來的奈米電子元件。本研究使用雙層的催化劑結構，以高溫化學氣相沈積(Thermal Chemical Vapor Depositon, Thermal CVD)的方式成長平貼於基板上的高品質單壁奈米碳管(Single-Walled Carbon Nanotube, SWNT)，並臨場(in-situ)製作成奈米碳管場效應電晶體(CNT field-effect transistors, CNT-FETs)，與奈米碳管溶液之旋塗法所製作的成奈米碳管電晶體相比較，能有效的定位奈米碳管，並能由奈米碳管製程參數控制奈米碳管的密度、長度以及直徑，而且不需高溫退火來改善奈米碳管與電極金屬之間的接觸阻抗。 本研究解決了奈米碳管的高溫製程所造成的背閘極漏電問題，使用高溫氧化生成1 μm厚度的SiO2做為背閘極介電層，便能以850℃的製程溫度成長密度及長度皆能符合電晶體需求的奈米碳管，且電晶體能維持在約八成的良率，欲使奈米碳管電晶體有較佳的特性，例如較小的次臨界斜率(Subthreshold swing)，僅需在催化劑周圍以BOE蝕刻出一塊SiO2較薄的區域，讓奈米碳管往該處成長，並將此處的奈米碳管壓上SD電極，便能使此奈米碳管電晶體有較薄的介電層以及較好的電晶體特性。 具有相近性能的P-type和N-type奈米碳管電晶體是構成反向器的重要條件，而使用高金屬功函數的電極材料，即可製作出高性能的P-type奈米碳管電晶體，但使用低金屬功函數所製作出的N-type奈米碳管電晶體則特性明顯較差，以元素摻雜奈米碳管增加電子濃度的方式可製作出高性能的N-type奈米碳管電晶體，但製程上不易控制，文獻中模擬出非對稱閘極結構的奈米碳管電晶體，具有將雙極性(Ambipolar)的奈米碳管電晶體轉變成單極性(Unipolar)的效果，轉變成的P-type和N-type奈米碳管電晶體可能具有相近的性能，在製程上也較為簡單。 文獻中奈米碳管電晶體的非對稱結構有數種不同形式，但實作的結果皆無法成功轉換成N-type特性，本研究以BOE蝕刻介電層，製作出兩端介電層厚度不同的非對稱背閘極奈米碳管電晶體，之前先分別以介電層厚度同為300 nm 以及1 μm的對稱型背閘極奈米碳管電晶體研究其特性的差異，並尋找使奈米碳管電晶體出現雙極性(Ambipolar)的各項條件，套用於非對稱背閘極奈米碳管電晶體上，研究其轉換的效果。