專(zhuān)利名稱(chēng)：Nanotube device的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括納米管電極的器件，以及涉及制造這種器件的方法。
背景技術(shù)：
納米管器件已知用于各種電應(yīng)用中。由于他們的操作取決于機(jī)械運(yùn)動(dòng)，所以納米 管器件可稱(chēng)為納米機(jī)電(HEMS)結(jié)構(gòu)。期望在可調(diào)諧射頻(RF)濾波器技術(shù)中使用碳納米管，因?yàn)槠淠軌驖撛诘爻蔀檐?件定義的和認(rèn)知的無(wú)線(xiàn)電硬件的主使能器。WO 03/078305描述了可用作濾波器的碳納米管器件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面提供一種器件，包括納米管，被配置為諧振器；源極；柵極；漏 極；和至少一個(gè)阻止元件，其中所述至少一個(gè)阻止元件被配置為最小化由至少源極和納米 管之間的接觸阻抗產(chǎn)生的能量損耗。因此，所構(gòu)成的器件可造成Q因子降低的減少。所述阻止元件可以是固體絕緣材料層，并且所述納米管的第一端部可經(jīng)由所述固 體絕緣材料層固定至所述源極，所述固體絕緣材料層位于所述納米管和所述源極之間?？稍O(shè)置所述納米管、所述源極、所述柵極、和所述漏極，使得所述納米管的第二端 部從所述源極、在所述柵極和所述漏極之上延伸。所述納米管可與所述源極進(jìn)行第一電容接觸，與所述柵極進(jìn)行第二電容接觸，以 及與所述漏極進(jìn)行第三電容接觸，其中所述第一電容接觸的電容大于所述第二和第三電容 接觸的電容。可替換地，所述至少一個(gè)阻止元件可包括第一固體絕緣材料層和第二固體絕緣材 料層，以及其中所述納米管的第一端部可經(jīng)由所述第一固體絕緣材料層固定至所述源極， 所述第一固體絕緣材料層位于所述納米管的第一端部和所述源極之間，以及所述納米管的 第二端部可經(jīng)由所述第二固體絕緣材料層固定至所述漏極，所述第二固體絕緣材料層位于 所述納米管的第二端部和所述漏極之間。可設(shè)置所述納米管、所述源極、所述柵極、和所述漏極，使得所述納米管的在所述 第一和第二端部之間的中部橋接所述源極和所述漏極之間的間隙，所述納米管的中部通常 被放置于所述柵極之上。所述納米管可與所述源極進(jìn)行第一電容接觸，與所述柵極進(jìn)行第二電容接觸，以 及與所述漏極進(jìn)行第三電容接觸，其中所述第一電容接觸和所述第三電容接觸的電容大于 所述第二電容接觸的電容?？商鎿Q地，所述至少一個(gè)阻止元件可包括電感元件，所述電感元件與所述源極串聯(lián)?？稍O(shè)置所述納米管，使得所述納米管的第一端部與所述源極的表面接觸，以及所
6述納米管的第二端部從所述源極、通常在所述柵極和所述電極之上延伸。可替換地，所述至少一個(gè)阻止元件可包括第一電感元件以及第二電感元件，其中 所述第一電感元件與所述源極串聯(lián)，以及所述第二電感元件與所述漏極串聯(lián)?？稍O(shè)置所述納米管，使得所述納米管的第一端部與所述源極的表面接觸，以及所 述納米管的第二端部與所述漏極的表面接觸，以及所述納米管的在所述第一和第二端部之 間的中部橋接所述源極和所述漏極之間的間隙，所述納米管的中部通常被放置于所述柵極 之上。所述源極、所述柵極、和所述漏極可位于襯底的表面上，以及所述柵極通?？晌挥?所述源極和所述漏極之間。所述器件可具有共振頻率，所述共振頻率通過(guò)向所述柵極施加偏置電壓可改變。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種器件，該器件包括納米管，被配置為諧振器； 源極；柵極；和漏極；其中所述納米管的第一端部經(jīng)由中間的固體絕緣材料層固定至所述 源極。可設(shè)置所述納米管、所述源極、所述柵極、和所述漏極，使得所述納米管的第二端 部從所述源極、通常在所述柵極和所述漏極之上延伸。所述納米管可與所述源極進(jìn)行第一電容接觸，與所述柵極進(jìn)行第二電容接觸，以 及與所述漏極進(jìn)行第三電容接觸，其中所述第一電容接觸的電容大于所述第二和第三電容 接觸的電容?？商鎿Q地，所述納米管的第一端部可經(jīng)由第一固體絕緣材料層固定合至所述源 極，以及所述納米管的第二端部可經(jīng)由中間的第二固體絕緣材料層固定或耦接至所述漏 極?？稍O(shè)置所述納米管、所述源極、所述柵極、和所述漏極，使得所述納米管的在所述 第一和第二端部之間的中部橋接所述源極和所述漏極之間的間隙，所述納米管的中部通常 被放置于所述柵極之上。所述納米管可與所述源極進(jìn)行第一電容接觸，與所述柵極進(jìn)行第二電容接觸，以 及與所述漏極進(jìn)行第三電容接觸，其中所述第一電容接觸和所述第三電容接觸的電容大于 所述第二電容接觸的電容。所述源極、所述柵極、和所述漏極可位于襯底的表面上。所述柵極通?？晌挥谒鲈礃O和所述漏極之間。所述器件可具有共振頻率，所述共振頻率通過(guò)向所述柵極施加偏置電壓可改變。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種器件，該器件包括納米管，被配置為諧振器； 源極；柵極；和漏極；其中所述源極與電感元件串聯(lián)。所述納米管的第一部分可與所述源極的表面接觸，以及設(shè)置所述源極、所述柵極、 和所述漏極，使得所述納米管的第二端部從所述源極、通常在所述柵極和所述漏極之上延 伸?？商鎿Q地，該器件還可包括與所述漏極串聯(lián)的電感元件。可設(shè)置所述納米管，使得所述納米管的第一端部與所述源極的表面接觸，所述納 米管的第二端部與所述漏極的表面接觸，以及所述納米管的在所述第一和第二端部之間的 中部橋接所述源極和所述漏極之間的間隙。
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該器件還可包括襯底，其中所述源極、所述柵極、和所述漏極位于襯底的表面上。所述柵極通?？晌挥谒鲈礃O和所述漏極之間。所述器件可具有共振頻率，所述共振頻率通過(guò)向所述柵極施加偏置電壓可改變。本發(fā)明的任意上述方面可結(jié)合到可調(diào)諧濾波器器件、壓控振蕩器或移動(dòng)終端中。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，可提供一種方法，該方法包括提供襯底；在所述襯底上 形成源極、柵極、和漏極；形成與所述源極接觸的固體絕緣材料層；以及將納米管的端部固 定至所述固體絕緣層的與所述源極接觸的表面的對(duì)面。形成所述電極可包括通常在所述源極和所述漏極之間形成所述柵極。固定納米管的端部還可包括將所述納米管的第一端部固定至所述固體絕緣材料 層，所述納米管的第二端部通常在所述柵極和所述漏極之上延伸。可替換地，該方法還包括形成與所述漏極的表面接觸的第二固體絕緣材料層； 以及將所述納米管的對(duì)端部固定至所述第二固體絕緣層的與所述漏極接觸的表面的對(duì)面。固定納米管可包括在所述絕緣固體材料層上從籽晶生長(zhǎng)所述納米管。根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供一種方法，該方法包括提供襯底；在所述襯底上形 成源極、柵極、和漏極；將電感元件連接至所述源極；以及將納米管的端部固定至所述源極 的表面。形成所述電極可包括通常在所述源極和所述漏極之間形成所述柵極。固定納米管的端部還可包括將所述納米管的第一端部固定至所述源極，所述納 米管的第二端部通常在所述柵極和漏極之上延伸?？商鎿Q地，該方法還可包括將第二電感元件連接至所述漏極；將所述納米管的 對(duì)端部固定至所述漏極的表面。固定納米管包括在所述源極和漏極上從籽晶生長(zhǎng)納米管。根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供一種操作根據(jù)第三方面的器件的方法，該方法包括 在時(shí)間周期期滿(mǎn)之前向所述柵極和所述漏極之一施加反向電壓脈沖，所述時(shí)間周期為所述 器件的電荷松弛時(shí)間。


圖1是單夾納米管器件的示意性側(cè)視圖；圖2是雙夾納米管器件的示意性側(cè)視圖；圖3是圖1的器件可近似的電路元件；圖4是圖2的器件可近似的電路元件；圖5是本發(fā)明的第一實(shí)施例的示意性側(cè)視圖；圖6a和6b是圖5的器件可近似的電路元件；圖7是本發(fā)明的第二實(shí)施例的示意性側(cè)視圖；圖8a和8b是圖7的器件可近似的電路元件；圖9是示出生成圖5和7的器件的方法的流程圖；圖10是本發(fā)明的第三實(shí)施例的示意性側(cè)視圖；圖11是圖10的器件可近似的電路元件；圖12是本發(fā)明的第四實(shí)施例的示意性側(cè)視8
圖13是圖12的器件可近似的電路元件；圖14是示出生成圖10和12的器件的方法的流程圖；圖15是經(jīng)受靜態(tài)阻力的本發(fā)明的第三實(shí)施例的示意性側(cè)視圖；圖16是經(jīng)受靜態(tài)阻力的本發(fā)明的第四實(shí)施例的示意性側(cè)視圖；圖17是示出結(jié)合圖5、7、10或12中任一個(gè)的器件的無(wú)線(xiàn)電接收器的框圖；以及圖18是示出結(jié)合圖5、7、10或12中任一個(gè)的器件的備選無(wú)線(xiàn)電接收器的框圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出可在可調(diào)諧RF濾波器技術(shù)中使用的類(lèi)型的單夾納米管器件的示意性側(cè) 視圖。該器件包括襯底10，在其上形成源極11、柵極12和漏極13，柵極12通常形成在源極 和漏極11、13之間。典型地，電極是金屬的。源極11相比于柵極和漏極具有較高的外形。 可替換地，襯底10可包括端部，其具有比襯底剩余部分更大的厚度，從而源極11位于該具 有更大的厚度的端部上。碳納米管14固定在源極11的表面，碳納米管14與源極11進(jìn)行 機(jī)械和電接觸。碳納米管14與襯底10平行地延伸，并且通常在漏極和柵極電極13、12之 上延伸。碳納米管14被設(shè)置為通常在柵極和漏極12、13之上的支撐懸臂。向柵極12施加 的時(shí)變電壓引起碳納米管14以通常與從納米管14到襯底10的方向平行的方向(如箭頭 A所示)振動(dòng)。圖2是雙夾納米管器件的示意性側(cè)視圖。該器件包括襯底20，在其上形成源極21 和漏極22，其每個(gè)具有相同外形。在襯底上還形成柵極23。柵極23可具有比源極和漏極 21、22相對(duì)而言更矮的外形，并且通?？尚纬稍谠礃O和漏極21、22之間。碳納米管24的第 一端部固定在源極21的最上表面，碳納米管24與源極21進(jìn)行機(jī)械和電接觸。碳納米管24 的第二端部固定在漏極22的最上表面，碳納米管24與漏極22進(jìn)行機(jī)械和電接觸。源極、 漏極和柵極21、22、23設(shè)置在襯底20上，從而碳納米管24的中部懸在柵極23上方。當(dāng)向 柵極23施加RF信號(hào)時(shí)，引起如箭頭A所示的、以通常與從納米管24到柵極23的方向平行 的方向的納米管24的振動(dòng)。納米管24的振動(dòng)可使用電容轉(zhuǎn)換來(lái)檢測(cè)?？商鎿Q地，納米管 24可用作場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極或位移檢測(cè)的某些其他裝置。已知地，圖1和2所示的器件的一個(gè)問(wèn)題是在與該納米管直接接觸的金屬電極之 間的接觸阻抗。在金屬和碳納米管之間的接觸阻抗是由表面范德華(van Der Vaals)相 互作用(這在金屬的表面和納米管之間創(chuàng)建有效絕緣層)引起的肖特基勢(shì)壘(Schottky Barrier)行為的結(jié)果。在單壁碳納米管和金屬之間的理論最小接觸阻抗為h/4e2，這約等 于6. 5kU。如果用多壁納米管代替單壁納米管，則這可能減小，從而理論最小值為6. 5kK2/ N，其中N是與金屬電極接觸的多壁納米管的殼層數(shù)。目前，在納米管和金屬之間的最佳的 報(bào)告的接觸具有在5至IOkQ的范圍內(nèi)的阻抗(見(jiàn)Applied Physics Letters 88 053118)?？墒沟脠D1的器件近似于如圖3所示的電路元件。該電路元件包括與電阻元件31 連接的源極11，電阻元件31因源極11和納米管14之間的接觸阻抗而產(chǎn)生。與電阻元件 31連接的是納米管14。與納米管14并聯(lián)的是第一電容元件32，第一電容元件32因納米管 14和柵極12之間的電容接觸而產(chǎn)生。與納米管14串聯(lián)的是第二電容元件33，第二電容元 件33因納米管14和漏極13之間的電容接觸而產(chǎn)生。作為電容接觸的結(jié)果而出現(xiàn)電容元件32、33，這是由于在納米管14以及柵極和漏
9極12、13之間存在絕緣層。該絕緣層由納米管14以及柵極和漏極12、13的分離引起。類(lèi)似地，可使得圖2的器件近似于如圖4所示的電路元件。該電路元件包括串聯(lián) 的源極21、第一接觸阻抗41 (因納米管24和源極21之間的接觸而產(chǎn)生)、納米管24、第二 接觸阻抗42 (因納米管24和漏極22之間的接觸而產(chǎn)生)、和漏極22。該電路元件還包括 電容元件43，其并聯(lián)至納米管24，其由納米管24和柵極23之間的電容接觸而產(chǎn)生。對(duì)于電子應(yīng)用，接觸阻抗31、41、42是嚴(yán)重的缺陷，因?yàn)樗麄儗?dǎo)致?lián)p耗。對(duì)于諧振 器結(jié)構(gòu)，如此結(jié)構(gòu)，在該管以RF頻率執(zhí)行機(jī)械振動(dòng)的情況下，這種損耗自身不僅表現(xiàn)為熱 能，而且表現(xiàn)為機(jī)械阻尼，從而大大降低諧振器的Q因子。在納米管14、24振動(dòng)時(shí)，為了保持電荷平衡，伴隨的交流電流流過(guò)接觸阻抗31 (或 阻抗41、42)。典型地，這種器件的電子松弛時(shí)間(electronic relaxation times)(還已知 為RC時(shí)間)遠(yuǎn)小于特征振動(dòng)周期。因此，在機(jī)械運(yùn)動(dòng)的時(shí)標(biāo)上，電子松弛可看作為瞬時(shí)的。 流過(guò)接觸阻抗21(或阻抗41、42)的交流電流引起的耗散作為納米管14、24運(yùn)動(dòng)的阻尼力， 并降低諧振器Q因子。迄今為止，主要致力于最小化電極和納米管之間的接觸阻抗。然而，如先前討論 地，仍舊存在理論最小接觸阻抗，這已經(jīng)被實(shí)現(xiàn)，接觸阻抗不能夠被減少而超出該理論最小 接觸阻抗。圖5是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的單夾納米管器件的示意性側(cè)視圖。器件5包括 襯底50，在其上形成源極51、柵極52和漏極53，柵極電極52通常形成在源極和漏極電極 51、53之間。襯底可包括任意非導(dǎo)電材料(例如高電阻硅)，在其上可形成電極。典型地， 電極為金屬的，通常為鋁、金和銅中之一。柵極和漏極的高度可以是IOnm的量級(jí)，寬度約 為50-100nm。源極51可具有相比于柵極和漏極52、53相對(duì)較高的外形?？商鎿Q地，襯底 50可包括端部，其具有比襯底剩余部分更大的厚度，由此源極51位于具有更大厚度的該端 部上。絕緣材料層55耦接至源極的表面。典型地，層55可以是固體絕緣材料(例如玻璃 (Si02))的薄層。碳納米管54的端部耦接至絕緣材料層55的與源極51耦接的表面的對(duì) 面。碳納米管54與襯底50平行地延伸，并且通常在漏極和柵極53之上方延伸。碳納米管 54可以在柵極和漏極52之上約lOnm。碳納米管54被設(shè)置為通常在柵極和漏極電極52、53 之上的支撐懸臂。典型的碳納米管長(zhǎng)度在0.1 μ m-1 μ m的范圍內(nèi)。典型地，碳納米管是多 壁納米管；然而，也可使用單壁納米管和連接的納米管集群。向柵極52施加的時(shí)變電壓引 起碳納米管54以通常與從納米管到襯底的方向平行的方向(如箭頭A所示)的振動(dòng)。根據(jù)這個(gè)實(shí)施例，通常存在于金屬和納米管之間的接觸阻抗被絕緣材料層55取 代，從而在源極51和納米管54之間形成電容接觸。圖5的器件5可近似于如圖6a所示的電路元件。該電路元件包括與第一電容元 件61連接的源極51，第一電容元件61因源極51和納米管54之間的電容接觸而產(chǎn)生。與 第一電容元件61串聯(lián)的是納米管54。與納米管54并聯(lián)的是第二電容元件62，第二電容元 件62因納米管54和柵極52之間的電容接觸而產(chǎn)生。與納米管54串聯(lián)的是第三電容元件 63，第三電容元件63因納米管54和漏極53之間的電容接觸而產(chǎn)生。第一電容元件61作為在源極51和納米管54之間、經(jīng)由絕緣材料的薄層55的電 容接觸的結(jié)果而形成。由于在納米管54以及柵極和漏極52、53之間存在絕緣層，作為電容 接觸的結(jié)果而出現(xiàn)電容元件62、63。該絕緣層由納米管54以及柵極和漏極52、53的分離引
10起。根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，因?yàn)樵谠礃O51和納米管54之間的絕緣材料層55防止 耗散的電流流出，所以消除作為耗散損耗的結(jié)果引起的Q因子漸變的問(wèn)題。理想地，由在源極51和納米管54之間、經(jīng)由絕緣材料層55的電容接觸產(chǎn)生的第 一電容元件61的電容應(yīng)遠(yuǎn)大于第二和第三電容元件62、63的電容。因?yàn)殡娙菰碾娙?如下，所以這可相對(duì)容易地實(shí)現(xiàn)C κ 1/d其中d是電極51、52、53和納米管54之間的距離。因此，在器件的特征需要納米 管54相比柵極或漏極52、53明顯更接近源極51時(shí)，第一電容元件61的電容自然地明顯大 于第二和第三電容元件62、63的電容。絕緣材料層可盡可能薄，以最大化電容，但是要足夠 厚以便防止源極51和納米管54之間的電擊穿和隧道電流。典型地，絕緣材料層的厚度在 5nm的區(qū)域內(nèi)。如果第一電容元件61的電容明顯大于第二和第三電容元件62、63的電容，如已經(jīng) 討論地其通常是這種情況，則第一電容元件61用作源極51到納米管54的交流電流的有效 短路。因此，在這種情形下，圖5的器件可進(jìn)一步近似于如圖6b所示的電路圖。該電路包 括直接連接至納米管54的源極51。與納米管54并聯(lián)的是第二電容元件62，第二電容元件 因納米管54和柵極52之間的電容接觸而產(chǎn)生。與納米管54串聯(lián)的第三電容元件63，第三 電容元件63因納米管54和漏極53之間的電容接觸而產(chǎn)生。圖7示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的雙夾納米管器件。器件7包括襯底70，在其上 形成源極71和漏極72，其每個(gè)具有相同外形。在襯底上還形成柵極73。柵極73可具有比 源極和漏極71、72相對(duì)而言更矮的外形，并且通常可形成在源極和漏極71、72之間。柵極 的高度可以是IOnm的量級(jí)，寬度約為50-100nm。第一絕緣材料層75耦接至源極71的表 面，第二絕緣材料層76耦接至漏極72的表面。典型地，第一和第二絕緣材料層75、76可以 是固體絕緣材料(例如玻璃(Si02))的薄層。碳納米管74的第一端部耦接至第一絕緣材 料層75的與源極71耦接的表面的對(duì)面。碳納米管74的第二端部耦接至第二絕緣材料層 76的與漏極72耦接的表面的對(duì)面。源極、漏極和柵極71、72、73設(shè)置在襯底70上，從而碳 納米管74的中部一般懸在柵極73之上。當(dāng)向柵極73施加RF信號(hào)時(shí)，引起納米管以通常 與從納米管74到柵極73的方向平行的方向(如箭頭A所示)的振動(dòng)。圖7的器件7可近似于如圖8a所示的電路元件。該電路元件包括串聯(lián)的源極71、 第一電容元件81 (第一電容元件81因源極71和納米管74之間的電容接觸而產(chǎn)生)、納米 管74、第二電容元件82 (第二電容元件82因漏極72和納米管74之間的電容接觸而產(chǎn)生)、 和最后的漏極72。與納米管74并聯(lián)的是第三電容元件83，第三電容元件83因柵極73和 納米管74之間的電容接觸而產(chǎn)生。如同根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的單夾納米管器件5，如果第一、第二和第三電容元件 81、82、83的相對(duì)電容正確，圖7的雙夾納米管器件7可進(jìn)一步根據(jù)圖8a的電路元件來(lái)近 似。在這種情況下，如果第一和第二電容元件81、82的電容明顯大于第三電容元件83的電 容，則第一和第二電容元件81、82用作交流電流的有效短路。圖7的器件7的這種進(jìn)一步 近似可在圖8b中看出。圖8b中所示的電路元件包括串聯(lián)的源極71、納米管74和漏極72。與納米管74并
11聯(lián)的是第三電容元件83，第三電容元件83因納米管74和柵極73之間的電容接觸而產(chǎn)生。如同第一實(shí)施例，通過(guò)有效消除金屬電極和納米管之間的接觸阻抗，大大降低通 過(guò)耗散引起的能量損耗。由此，金屬阻尼更低，并且器件的Q因子很高。第一和第二實(shí)施例不僅提供了有效消除與金屬電極和納米管之間的接觸阻抗關(guān) 聯(lián)的問(wèn)題的優(yōu)點(diǎn)，而且還潛在地在器件的制造期間支持更高的精度。這是因?yàn)榻饘俸图{米 管之間的接觸阻抗典型地為硬參數(shù)，以在這個(gè)器件的制造期間進(jìn)行控制。另一方面，通過(guò)純 電容接觸，確定電容的主要參數(shù)為絕緣層的厚度和長(zhǎng)度，這通常更容易控制?，F(xiàn)在將參照?qǐng)D9描述制造圖5的器件5的方法。第一步驟(步驟Si)為提供襯底50。在步驟S2，在襯底50上形成金屬化區(qū)域51、 52、53。這可通過(guò)任意適合的方式執(zhí)行。這個(gè)步驟在襯底50上提供源極、柵極、和漏極51、 52、53。柵極52位于源極和漏極51、53之間。源極51從襯底50的表面的高度可大于柵極 和漏極52、53的高度?？商鎿Q地，該襯底可包括襯底的端部，其具有比襯底的剩余部分更大 的厚度，從而源極位于具有更大厚度的端部上。在步驟S3，與源極51的表面接觸地形成絕 緣材料層55。該絕緣層的長(zhǎng)度和厚度可依據(jù)所需的電容來(lái)預(yù)定。在步驟S4，碳納米管54固 定至絕緣材料層55的與源極51接觸的表面的對(duì)面。固定碳納米管54，使得其長(zhǎng)度通常在 柵極和漏極52、53之上延伸。典型地，納米管在別處生長(zhǎng)，并且在液體上浮在期望的固定地 點(diǎn)上方，以及使用電場(chǎng)排列。當(dāng)他們被正確定位時(shí)，蒸發(fā)掉液體?？商鎿Q地，納米管可在原 位生長(zhǎng)。根據(jù)一個(gè)生長(zhǎng)工藝，在絕緣材料層55的表面上的相關(guān)位置處設(shè)置納米管的籽晶。 籽晶是催化劑粒子。良好的催化劑粒子為鐵(Fe)粒子，但是其他籽晶也可適用。然后，使 用化學(xué)氣相沉積(CVD)從籽晶形成碳納米管54?，F(xiàn)在將同樣參照?qǐng)D9描述制造圖7的器件7的方法。第一步驟(步驟Si)為提供襯底70。在步驟S2，在襯底70上形成金屬化區(qū)域71、 72、73。這可通過(guò)任意適合的方式執(zhí)行。這個(gè)步驟在襯底70上設(shè)置源極、柵極、和漏極71、 72、73。源極71和漏極72具有相同外形，他們的外形比柵極73相對(duì)較高。柵極73通?？?形成在源極和漏極71、72之間。在步驟S3，與源極71的表面接觸地形成第一絕緣材料層 75，與漏極72的表面接觸地形成第二絕緣材料層76。絕緣層的長(zhǎng)度和厚度可依據(jù)所需的電 容來(lái)預(yù)定。在步驟S4,碳納米管74的第一端部固定至第一絕緣材料層75的與源極71接觸 的表面的對(duì)面，以及碳納米管74的第二端部固定至第二絕緣材料層76的與漏極72接觸的 表面的對(duì)面。設(shè)置碳納米管74，使得第一和第二端部之間的中部提升在柵極73上方，因此 橋接源極和漏極71、72的襯底70上的位置之間的間隙。納米管可在別處生長(zhǎng)，并使用上述 技術(shù)定位和固定?；蛘撸麄兛稍谠簧L(zhǎng)。圖10是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的納米管器件的示意性側(cè)視圖。該器件包括襯底 100，在其上形成源極101、柵極102和漏極103，柵極102通常形成在源極和漏極電極101、 103之間。典型地，電極是金屬的。源極101具有相比于柵極和漏極102、103相對(duì)較高的外 形。可替換地，襯底100可包括端部，其具有比襯底剩余部分更大的厚度，從而源極101位 于具有更大的厚度的端部上。碳納米管104固定至源極101的表面，碳納米管104與源極 101進(jìn)行機(jī)械和電接觸。碳納米管104與襯底100平行地延伸，并且通常在漏極和柵極103、 102之上延伸。碳納米管104被設(shè)置為通常在柵極和漏極102、103之上的支撐懸臂。向柵 極102施加的時(shí)變電壓引起碳納米管104以通常與從該納米管到襯底100的方向平行的方
12向(如箭頭A所示)的振動(dòng)。串聯(lián)至源極電極101的是電感元件105。圖10的器件可近似于如圖11所示的電路元件。該電路元件包括串聯(lián)的電感元件 105、源極101、電阻元件111 (電阻元件由源極101和納米管104之間的接觸阻抗而產(chǎn)生)、 和納米管104。與納米管104并聯(lián)的是第一電容元件112，第一電容元件112因納米管104 和柵極102之間的電容接觸而產(chǎn)生。與納米管104串聯(lián)的是第二電容元件113，第二電容元 件113因納米管104和漏極103之間的電容接觸而產(chǎn)生。當(dāng)納米管振動(dòng)時(shí)，通常在電阻接觸111中流動(dòng)并因此散熱的交流電流通過(guò)電感元 件105來(lái)對(duì)抗。這是因?yàn)殡姼性?05的時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)大于交流信號(hào)的時(shí)間周期。因此，結(jié) 果是最小的交流電流流過(guò)電阻接觸111，從而由于在源極101和納米管104之間存在電阻接 觸111，減少了能量耗散和Q因子降低。圖12示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的納米管器件。器件127包括襯底120，在其上 形成源極121和漏極122，其每個(gè)具有相同外形。在襯底120上還形成柵極123。柵極123 可具有相比源極和漏極121、122相對(duì)更矮的外形，并且通?？尚纬稍谠礃O和漏極121、122 之間。耦接至源極121的最上表面的是碳納米管124的第一端部。耦接至漏極122的最上 表面的是碳納米管124的第二端部。源極和漏極121、122設(shè)置在襯底120上，從而碳納米 管124的中部懸在柵極123之上。與源極串聯(lián)的是第一電感元件125，與漏極122串聯(lián)的是 第二電感元件126?？墒褂秒娙蒉D(zhuǎn)換來(lái)檢測(cè)納米管124以通常與從納米管124到柵極123 的方向平行的方向(如箭頭A所示)的振動(dòng)?？商鎿Q地，納米管124可用作場(chǎng)效應(yīng)晶體管 的柵極或位移檢測(cè)的某些其他裝置。根據(jù)第四實(shí)施例的器件可適用于當(dāng)通過(guò)納米管器件需要直流電組件時(shí)。圖12的器件可近似于如圖13所示的電路元件。圖13的電路元件包括串聯(lián)的電 感元件125、源極121、第一電阻元件131 (因納米管124和源極121之間的接觸阻抗而產(chǎn) 生)、納米管124、第二電阻元件132 (因納米管124和漏極122之間的接觸阻抗而產(chǎn)生)、漏 極122、和第二電感元件126。該電路元件還包括并聯(lián)至納米管124的電容元件133和柵極 123，電容元件113作為納米管124和柵極123之間的電容接觸的結(jié)果而產(chǎn)生。如同本發(fā)明的第三實(shí)施例，當(dāng)納米管振動(dòng)時(shí)，通常在電阻接觸131、132中流動(dòng)的 交流電流通過(guò)相應(yīng)的電感元件125、126來(lái)對(duì)抗。同樣，這是因?yàn)殡姼性?25、126的時(shí)間 常數(shù)遠(yuǎn)大于該交流信號(hào)的時(shí)間周期。因此，結(jié)果是流過(guò)電阻接觸131、132的凈交流電流大 大減少，從而由于在電極和納米管之間存在電阻接觸，同樣大大減少了能量耗散和Q因子 降低。應(yīng)理解，對(duì)于本發(fā)明的第三和第四實(shí)施例來(lái)說(shuō)，參照本發(fā)明的第一和第二實(shí)施例 指定的許多相關(guān)尺度和材料也相關(guān)?，F(xiàn)在將參照?qǐng)D12描述制造圖10的器件107的方法。第一步驟(步驟Pl)為提供襯底100。在步驟P2，在襯底100上形成金屬化區(qū)域 101、102、103。這可通過(guò)任意適合的方式執(zhí)行。這個(gè)步驟在襯底100上提供源極、柵極、和 漏極101、102、103。柵極102位于源極和漏極101、103之間。源極101從襯底100的表面 的高度可大于柵極和漏極102、103的高度。可替換地，襯底可包括襯底的端部，其具有比襯 底的剩余部分更大的厚度，從而該源極位于具有更大的厚度的端部上。在步驟P3，第一電感 元件105耦接至源極101。第一電感元件105可串聯(lián)耦接至源極101。在步驟P4，固定碳納
13米管104，使得碳納米管104的端部與源極101的表面進(jìn)行機(jī)械和電接觸。固定碳納米管 104，使得其長(zhǎng)度通常在柵極和漏極102、103之上延伸。碳納米管可在別處生長(zhǎng)，并且使用 先前所述的技術(shù)定位和固定。可替換地，納米管可在原位生長(zhǎng)。現(xiàn)在將同樣參照?qǐng)D14描述制造圖12的器件127的方法。第一步驟(步驟Pl)為提供襯底120。在步驟P2，在襯底120上形成金屬化區(qū)域 121、122、123。這可通過(guò)任意適合的方式執(zhí)行。這個(gè)步驟在襯底120上提供源極、柵極、和 漏極121、122、123。在步驟P3，第一電感元件125耦接至源極121，第二電感元件126耦接 至漏極122。第一和第二電感元件125、126可串聯(lián)耦接至源極和漏極121、122。在步驟P4， 固定碳納米管124，使得碳納米管124的第一端部與源極121的表面進(jìn)行機(jī)械和電接觸，以 及使得碳納米管124的相對(duì)的第二端部與漏極122的表面進(jìn)行機(jī)械和電接觸。設(shè)置碳納米 管124，使得在第一和第二端部之間的中部提升在柵極123之上，從而橋接源極和漏極121、 122的襯底120上的位置之間的間隙。納米管可在別處生長(zhǎng)，并使用上述技術(shù)定位和固定。 可替換地，他們可在原位生長(zhǎng)。根據(jù)本發(fā)明的第三和第四實(shí)施例，還可實(shí)現(xiàn)抵消靜態(tài)阻力的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)納米管的振 動(dòng)使其進(jìn)入電極的一定距離(所述一定距離為納米管和電極之間的表面力超過(guò)其他力的 距離)內(nèi)時(shí)，出現(xiàn)靜態(tài)阻力。這可能導(dǎo)致納米管永久粘住電極。示出圖10和12的器件107、 127，他們分別經(jīng)受圖15和16所示的靜態(tài)阻力。在圖15中，納米管104粘在漏極103，而在 圖16中，納米管124粘在柵極123。通過(guò)在源極和納米管之間的純電阻接觸(即，無(wú)需串聯(lián) 耦接的電感元件)，電子子系統(tǒng)的電荷松弛時(shí)間典型地遠(yuǎn)短于機(jī)械運(yùn)動(dòng)的時(shí)標(biāo)。這意味著， 即使在接觸的電極(納米管所粘住的電極)上放置較大正偏壓，納米管和接觸的電極之間 的力仍保持吸引。然而，如圖10和12所示(和圖15和16)，通過(guò)與源極101、121串聯(lián)耦接 電感元件105、125，電荷松弛時(shí)間可增加若干量級(jí)。這使得在納米管上的正電荷留下，即使 提升向接觸的電極施加的電壓。因此，如果在比電子子系統(tǒng)的松弛時(shí)間更短的時(shí)間內(nèi)向接 觸的電極施加反向電壓脈沖，可得到在接觸的電極和納米管之間作用的斥力，并且可實(shí)現(xiàn) 納米管從接觸的電極解脫出來(lái)。應(yīng)注意，參照?qǐng)D16，如果僅第一電感元件125和第二電感元 件126之一包括在圖11或13的器件中，其他被忽略，則也可實(shí)現(xiàn)抵消靜態(tài)阻力的優(yōu)點(diǎn)。如同許多機(jī)電系統(tǒng)，根據(jù)本發(fā)明任一個(gè)實(shí)施例(如圖5、7、10和12所示)的器件 具有共振頻率。共振頻率根據(jù)納米管的長(zhǎng)度和硬度來(lái)改變。多壁納米管或納米管集群通常 比單壁納米管更硬，因此可能比具有相同共振頻率的單一納米管更長(zhǎng)。通常，可獲得的共振 頻率在1至5GHz的范圍內(nèi)。共振頻率使用向柵極施加的電壓偏置可調(diào)。這樣，該器件可用 作可調(diào)諧濾波器，其中如果通過(guò)含有若干頻率分量的RF信號(hào)調(diào)制柵極電壓，則抑制具有超 過(guò)共振頻率的頻率分量。因此，僅匹配于共振頻率的信號(hào)的那些分量通過(guò)。如圖17所示，作為無(wú)線(xiàn)電接收器(在這個(gè)實(shí)例中，無(wú)線(xiàn)電收發(fā)器172)的RF前端 的濾波器171的一部分來(lái)包括諧振器170(可包括器件5、7、107、127、和可控電壓偏置電路 (未示出)中的任一個(gè))。結(jié)合器件5、7、107、127中的任一個(gè)的濾波器也可用在RF發(fā)射器的前端中，S卩，在 功率放大器和天線(xiàn)之間。通過(guò)在諧振器170中使用根據(jù)本發(fā)明任意實(shí)施例的任意器件，諧振器170可以是 很高質(zhì)量的，或高Q的諧振器。這些性能由圖5、7、10和12所示的器件5、7、107、127的物理布局導(dǎo)出。諧振器170適用于在軟件定義的和認(rèn)知的無(wú)線(xiàn)電硬件中形成主要組件。圖5、7、10和12的器件5、7、107、127具有多個(gè)其他可能的應(yīng)用。例如，所述器件也可用作壓控振蕩器(VCO)ISl中的諧振器180。這在圖18中示 出。這種VCO是構(gòu)成無(wú)線(xiàn)電合成器的所必需的部分。本發(fā)明的諧振器器件的潛在廣泛調(diào)諧 范圍和高質(zhì)量因子支持僅通過(guò)單核VCO以若干RF頻帶運(yùn)行的低相噪聲合成器。根據(jù)以上說(shuō)明可理解，VCO可通過(guò)改變向柵極施加的偏置電壓來(lái)調(diào)諧。如圖18所示，作為無(wú)線(xiàn)電接收器(在這個(gè)實(shí)例中，無(wú)線(xiàn)電收發(fā)器182)的VCO 181 的一部分來(lái)包括諧振器180(包括器件5、7、107、127、和可控電壓偏置電路(未示出)中的 任一個(gè))。
1權(quán)利要求
一種器件，包括納米管，被配置為諧振器；源極；柵極；漏極；以及至少一個(gè)阻止元件，其中所述至少一個(gè)阻止元件被配置為最小化因至少所述源極和所述納米管之間的接觸阻抗產(chǎn)生的能量損耗。
2.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述阻止元件包括固體絕緣材料層，并且所述納米 管的第一端部經(jīng)由所述固體絕緣材料層耦接至所述源極，所述固體絕緣材料層位于所述納 米管和所述源極之間。
3.如權(quán)利要求1或2所述的器件，其中設(shè)置所述納米管、所述源極、所述柵極、和所述漏 極，使得所述納米管的第二端部從所述源極、在所述柵極和所述漏極之上延伸。
4.如任意先前權(quán)利要求所述的器件，其中所述納米管與所述源極進(jìn)行第一電容接觸， 與所述柵極進(jìn)行第二電容接觸，以及與所述漏極進(jìn)行第三電容接觸，其中所述第一電容接 觸的電容大于所述第二和第三電容接觸的電容。
5.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述至少一個(gè)阻止元件包括第一固體絕緣材料層和 第二固體絕緣材料層，以及其中所述納米管的第一端部經(jīng)由所述第一固體絕緣材料層耦接 至所述源極，所述第一固體絕緣材料層位于所述納米管的第一端部和所述源極之間，以及 所述納米管的第二端部經(jīng)由所述第二固體絕緣材料層耦接至所述漏極，所述第二固體絕緣 材料層位于所述納米管的第二端部和所述漏極之間。
6.如權(quán)利要求5所述的器件，其中設(shè)置所述納米管、所述源極、所述柵極、和所述漏極， 使得所述納米管的在所述第一和第二端部之間的中部橋接所述源極和所述漏極之間的間 隙，所述納米管的中部通常被放置于所述柵極之上。
7.如權(quán)利要求5或6所述的器件，其中所述納米管與所述源極進(jìn)行第一電容接觸，與所 述柵極進(jìn)行第二電容接觸，以及與所述漏極進(jìn)行第三電容接觸，其中所述第一電容接觸和 所述第三電容接觸的電容大于所述第二電容接觸的電容。
8.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述至少一個(gè)阻止元件包括電感元件，所述電感元 件與所述源極串聯(lián)。
9.如權(quán)利要求8所述的器件，其中設(shè)置所述納米管，使得所述納米管的第一端部與所 述源極的表面接觸，以及所述納米管的第二端部從所述源極、通常在所述柵極和所述漏極 之上延伸。
10.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述至少一個(gè)阻止元件包括第一電感元件；以及第二電感元件；其中所述第一電感元件與所述源極串聯(lián)，以及所述第二電感元件與所 述漏極串聯(lián)。
11.如權(quán)利要求10所述的器件，其中設(shè)置所述納米管，使得所述納米管的第一端部與 所述源極的表面接觸，以及所述納米管的第二端部與所述漏極的表面接觸，以及所述納米 管的、在所述第一和第二端部之間的中部橋接所述源極和所述漏極之間的間隙，所述納米 管的中部通常被放置于所述柵極之上。2
12.如任意先前權(quán)利要求所述的器件，其中所述源極、所述柵極、和所述漏極位于襯底 的表面上。
13.如任意先前權(quán)利要求所述的器件，其中所述柵極通常位于所述源極和所述漏極之間。
14.如任意先前權(quán)利要求所述的器件，其中所述器件具有共振頻率，所述共振頻率通過(guò) 向所述柵極施加偏置電壓可改變。
15.一種器件，包括納米管，被配置為諧振器的至少一部分；源極；柵極；和漏極；其 中所述納米管的第一端部經(jīng)由中間的固體絕緣材料層耦接至所述源極。
16.如權(quán)利要求15所述的器件，其中設(shè)置所述納米管、所述源極、所述柵極、和所述漏 極，使得所述納米管的第二端部從所述源極、通常在所述柵極和所述漏極之上延伸。
17.如權(quán)利要求15所述的器件，其中所述納米管的第一端部經(jīng)由第一固體絕緣材料層 耦接至所述源極，以及所述納米管的第二端部經(jīng)由中間的第二固體絕緣材料層耦接至所述 漏極。
18.如權(quán)利要求17所述的器件，其中設(shè)置所述納米管、所述源極、所述柵極、和所述漏 極，使得所述納米管的在所述第一和第二端部之間的中部橋接所述源極和所述漏極之間的 間隙，所述納米管的中部通常被放置于所述柵極之上。
19.如權(quán)利要求16所述的器件，其中所述納米管與所述源極進(jìn)行第一電容接觸，與所 述柵極進(jìn)行第二電容接觸，以及與所述漏極進(jìn)行第三電容接觸，其中所述第一電容接觸的 電容大于所述第二和第三電容接觸的電容。
20.如權(quán)利要求17所述的器件，其中所述納米管與所述源極進(jìn)行第一電容接觸，與所 述柵極進(jìn)行第二電容接觸，以及與所述漏極進(jìn)行第三電容接觸，其中所述第一電容接觸和 所述第三電容接觸的電容大于所述第二電容接觸的電容。
21.如權(quán)利要求15至20中任一項(xiàng)所述的器件，其中所述源極、所述柵極、和所述漏極位 于襯底的表面上。
22.如權(quán)利要求15至21中任一項(xiàng)所述的器件，其中所述柵極通常位于所述源極電極和 所述漏極電極之間。
23.如權(quán)利要求15至22中任一項(xiàng)所述的器件，其中所述器件具有共振頻率，所述共振 頻率通過(guò)向所述柵極施加偏置電壓可改變。
24.一種器件，包括納米管，被配置為諧振器的至少一部分；源極；柵極；和漏極，其中 所述源極與電感元件串聯(lián)。
25.如權(quán)利要求24所述的器件，其中所述納米管的第一部分與所述源極的表面接觸， 以及設(shè)置所述源極、所述柵極、和所述漏極，使得所述納米管的第二端部從所述源極電極、 通常在所述柵極和所述漏極之上延伸。
26.如權(quán)利要求24所述的器件，還包括與所述漏極串聯(lián)的電感元件。
27.如權(quán)利要求26所述的器件，其中設(shè)置所述納米管，使得所述納米管的第一端部與 所述源極的表面接觸，所述納米管的第二端部與所述漏極的表面接觸，以及所述納米管的 在所述第一和第二端部之間的中部橋接所述源極和所述漏極之間的間隙。
28.如權(quán)利要求24至27中任一項(xiàng)所述的器件，還包括襯底，其中所述源極、所述柵極、 和所述漏極位于襯底的表面上。
29.如權(quán)利要求24至28中任一項(xiàng)所述的器件，其中所述柵極通常位于所述源極和所述 漏極之間。
30.如權(quán)利要求24至29中任一項(xiàng)所述的器件，其中所述器件具有共振頻率，所述共振 頻率通過(guò)向所述柵極施加偏置電壓可改變。
31.一種可調(diào)諧濾波器，包括如權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的器件。
32.—種可調(diào)諧濾波器，包括如權(quán)利要求15至23中任一項(xiàng)所述的器件。
33.一種可調(diào)諧濾波器，包括如權(quán)利要求24至30中任一項(xiàng)所述的器件。
34.一種壓控振蕩器，包括如權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的器件。
35.一種壓控振蕩器，包括如權(quán)利要求15至23中任一項(xiàng)所述的器件。
36.一種壓控振蕩器，包括如權(quán)利要求24至30中任一項(xiàng)所述的器件。
37.一種移動(dòng)終端，包括如權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的器件。
38.一種移動(dòng)終端，包括如權(quán)利要求15至23中任一項(xiàng)所述的器件。
39.一種移動(dòng)終端，包括如權(quán)利要求24至30中任一項(xiàng)所述的器件。
40.一種方法，包括 提供襯底；在所述襯底上形成源極、柵極、和漏極；形成與所述源極的表面接觸的固體絕緣材料層；以及將納米管的端部固定至所述固體絕緣層的與所述源極接觸的表面的對(duì)面。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，其中形成所述電極包括通常在所述源極和所述漏極 之間形成所述柵極。
42.如權(quán)利要求40所述的方法，其中固定納米管的端部還包括將所述納米管的第一 端部耦接至所述固體絕緣材料層，所述納米管的第二端部通常在所述柵極和所述漏極之上 延伸。
43.如權(quán)利要求40至42中任一項(xiàng)所述的方法，還包括 形成與所述漏極的表面接觸的第二固體絕緣材料層；以及將所述納米管的對(duì)端部固定至所述第二固體絕緣層的與所述漏極接觸的表面的對(duì)面。
44.如權(quán)利要求40、42或43所述的方法，其中耦接納米管包括在所述絕緣固體材料層 上從籽晶生長(zhǎng)納米管。
45.一種方法，包括 提供襯底；在所述襯底上形成源極、柵極、和漏極； 將電感元件連接至所述源極；以及 將納米管的端部耦接至所述源極的表面。
46.如權(quán)利要求45所述的方法，其中形成所述電極包括通常在所述源極和所述漏極 之間形成所述柵極。
47.如權(quán)利要求45所述的方法，其中固定納米管的端部還包括將所述納米管的第一 端部耦接至所述源極，所述納米管的第二端部通常在所述柵極和漏極之上延伸。
48.如權(quán)利要求45至47中任一項(xiàng)所述的方法，還包括 將第二電感元件連接至所述漏極；將所述納米管的對(duì)端部耦接至所述漏極的表面。
49.如權(quán)利要求45、47或48所述的方法，其中固定納米管包括在所述源極和漏極上從 籽晶生長(zhǎng)納米管。
50.一種操作如權(quán)利要求24至30中任一項(xiàng)所述的器件的方法，包括在時(shí)間周期期滿(mǎn)之前向所述柵極和所述漏極電極之一施加反向電壓脈沖，所述時(shí)間周 期為所述器件的電荷松弛時(shí)間。
全文摘要
文檔編號(hào)H01L29/06GK101952987SQ200980105929
公開(kāi)日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2009年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月22日
發(fā)明者Kaunisto Risto, Isacsson Andreas, Kinaret Jari, Campbell Eleanor, Lee Sang-Wook, Eriksson Anders 申請(qǐng)人:Nokia Corp