全碳纳米管薄膜宏观电子器件的研究进展-燕山大学学报.PDF

第４ １ 卷 第２ 期 燕山大学学报 Ｖｏｌ ４ １ Ｎｏ ２ ２０１７ 年３ 月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｙａｎｓｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｍａｒ． ２０１７ 　 　 文章编号：１００７⁃７９１Ｘ（２０１７）０２⁃００９５⁃１４ 全碳纳米管薄膜宏观电子器件的研究进展 ∗ 赵元春 ，殷现国 （燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室，河北秦皇岛０６６００４ ） 摘　 要：近年来，宏观电子学受到了人们的广泛关注，它与大家熟知的微电子学互为补充但存在概念性差异。 全碳纳米管薄膜器件具有优异的性能，尤其在柔性透明宏观电子器件方面具有明显的优势。 研究人员发展了 碳纳米管分离技术、薄膜制备技术和分层转移技术，并在此基础上实现了高性能全碳纳米管薄膜器件的构建。 本文系统介绍了大面积碳纳米管薄膜的制备、碳纳米管之间的接触及其导电机制和全碳纳米管薄膜宏观电子 器件的研究进展及应用，最后就该领域的研究现状及面临的主要问题进行了总结和展望。 关键词：宏观电子学；单壁碳纳米管；全碳纳米管薄膜器件；晶体管 ＋ ＋ 中图分类号： ＴＭ２０１．４ ４； Ｏ４７２ ．４　 　 文献标识码： Ａ　 　 ＤＯＩ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１００７⁃７９１Ｘ．２０１７．０２．００１ 与器件性能如图１ 所示。 沟道层为半导体材料， ０　 引言 电极层（源极、漏极和栅极）为金属性材料，偏置电 压（Ｖ ）通过源极和漏极施加，沟道层的导电特性 近２０ 年以来，基于大面积薄膜材料的宏观电 ｄｓ （Ｉ ）则通过栅极电压（ Ｖ ） 来调制，器件的导通 子器件研究取得了长足的发展，在有源矩阵液晶 ｄｓ ｇ 显示器件、柔性电子器件、薄膜储能器件、环境可 （Ｏｎ ｓｔａｔｅ ）和截止（Ｏｆｆ ｓｔａｔｅ ）状态分别对应二进制 降解器件等领域展现出广泛的应用前景，成为最 运算中的“ １” 和“０ ” ，沟道层的迁移率（ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ ， μ ）与电流开关比（Ｉ ／ Ｉ ）是器件单元的核心性 有希望对人类生活方式产生根本性影响的研究领 ｅｆｆ ｏｎ ｏｆｆ ［１⁃４］ 能指标。 域之一 。 从整个领域的发展目标来看，宏观电 子学与人们更为熟悉的微电子学互为补充，但存 在概念性差异：微电子学引领人类进入“ 芯片上的 系统” 时代，追求越来越小的器件尺寸和大规模集 成，在数个ｃｍ２ 的芯片上进行高速逻辑运算，从而 实现丰富的功能；宏观电子学则面向大面积器件 应用领域，其器件单元处于介观尺度（微米级别） ， ２ 并且在总面积高达数百ｃｍ （如液晶显示器）甚至 ２ 是数个ｍ （如太阳能电池阵列） 的尺度上对体系 的各个组元进行控制。 宏观电子学所要解决的关 图１　 薄膜场效应晶体管的结构和器件性能示意图 键问题是探索合适的材料体系，使器件性能满足 Ｆｉｇ．１　 Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ 应用需要，并在此基础上发展大规模、低成本、高