研究目的
研究半导体碳纳米管在薄膜晶体管中定向排列组装以利用其电荷传输特性。
研究成果
受限剪切排列是一种很有前景的方法，可在大面积上沉积具有均匀堆积密度的定向、单根半导体碳纳米管，为薄膜晶体管和其他电子应用提供卓越性能。
研究不足
该技术需要精确控制墨水量、浓度、通道高度和剪切速率，以实现最佳排列和堆积密度。扩大至更大面积可能会带来均匀性挑战。
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碳纳米管在薄膜晶体管中的衬底全局限剪切排列
DOI：10.1002/aelm.201800593
期刊：Advanced Electronic Materials
出版年份：2018
更新时间：2025-09-09 09:28:46
摘要：
为利用半导体碳纳米管在晶体管中的电荷传输特性，必须将其组装成由单根纳米管以最佳堆积密度构成的定向阵列。然而，在晶圆尺度上实现这种精准控制具有挑战性。本研究通过基底全幅受限通道内的溶液剪切法，探究了连续沉积高度定向、单根分散的半导体纳米管薄膜的工艺。将聚合物包裹的有机墨水纳米管强制通过亚毫米级高度通道，产生高达10,000 s?1的剪切力，实现跨基底的均匀纳米管定向排列。研究阐明了墨水体积与浓度、通道高度及剪切速率的依赖关系。优化条件下可在10×10 cm2基底上实现±32°窗口内的定向排列，密度达50根/微米。沿平行与垂直定向方向制备了沟道长度1-5微米的晶体管，平行排列晶体管展现出7倍更快的载流子迁移率（分别按阵列电容和平板电容计算时为101与49 cm2 V?1 s?1），并具有10?的高开关比?？占渚刃员硐治好芏绕睢?0%、定向偏差±2°、迁移率偏差±7%。每片晶圆的沉积过程仅需数秒，且支持更大尺寸基底的扩展应用。相比随机网络，定向纳米管薄膜有望成为传感器、柔性/可拉伸电子器件以及发光/光捕获设备的更优平台。
作者：
Katherine R. Jinkins，Jason Chan，Robert M. Jacobberger，Argantha?l Berson，Michael S. Arnold
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