3-6.1 電性應力法之目的
由於奈米碳管本身之旋度可決定其電性質為金屬性或半導體性奈米碳 管，但目前奈米碳管的成長技術只能盡量控制其為單層壁奈米碳管，仍無 法有效地控制其旋度、直徑大小，故市售之奈米碳管黑色粉末中仍含有大 量的金屬性奈米碳管。根據本論文所採用之Carbolex AP-grade SWNTs 所提 供的產品規格以及本論文3-1 小節的分析顯示，其半導體性奈米碳管所佔的 比例為66.7%、金屬性奈米碳管所佔的比例為 33.3%，故採用吾人第二章中 所述的元件製程參數控制法、及旋塗法將奈米碳管置於晶圓表面上時，金 屬性奈米碳管仍有很高的或然率與半導體性奈米碳管一起跨接到源極、汲 極端，造成源極、汲極端之間有短路路徑(Short path)的存在。
假定以上所述的最理想的情形為奈米碳管電晶體通道上僅僅只有單一 根金屬性奈米碳管及單一根能隙足夠之半導體性奈米碳管的存在，且此二 根奈米碳管本身之結構上均無缺陷(Defect)產生。一般來說，由於金屬性奈 米碳管的直徑大於半導體性奈米碳管、金屬性奈米碳管本身之阻抗小於半 導體性奈米碳管，故當此奈米碳管電晶體操作於導通狀態時，流經金屬性 奈米碳管的電流必定大於流經半導體性奈米碳管的電流，又金屬性奈米碳 管的導通電流不受閘極電場的調變所影響，其只與源極、汲極端之跨壓有
關。所以對於此奈米碳管電晶體之ID-VG關係圖來說，奈米碳管電晶體開啟 時的汲極電流(Id)大部份由金屬性奈米碳管、少部份半導體性奈米碳管所貢 獻；奈米碳管電晶體關閉時的汲極電流主要由金屬性奈米碳管所貢獻，故 此時奈米碳管電晶體的電流開關比就會被金屬性奈米碳管影響，嚴重時，
甚至無電流開關比可言，所以必須採用電性應力法去除此金屬性奈米碳管 的影響，恢復此半導體性奈米碳管電晶體的優越電性及高電流開關比。而 對於實際情形來說，有時處於奈米碳管電晶體通道上之金屬性奈米碳管數 目並非少數，且其所能承載之電流也不盡相同，故需多作幾次電性應力法 及尋找其電性應力法之偏壓規則以完全去除金屬性奈米碳管。
3-6.2 電性應力法之原理
電性應力法(Electrical stress)之原理為長時間利用高密度電流流經金屬 性奈米碳管時，由於其本身所產生的焦耳熱(Joule heating)可提供能量，使 碳原子與空氣中之氧產生反應，形成二氧化碳或一氧化碳氣體，燒除金屬 性奈米碳管的結構。又流經金屬性奈米碳管的電流大小只與源極、汲極端 間跨壓大小有關，加大源極、汲極端的跨壓可有效地使高密度電流流經金 屬性奈米碳管，然而，若此時奈米碳管電晶體操作於導通時的閘極偏壓，
也將使半導體性奈米碳管一樣有高密度電流流過，根據電性應力法的原 理，半導體性奈米碳管其結構也會遭受破壞，造成奈米碳管電晶體完全燒 毀。故在進行電性應力法時，必須注意將閘極偏壓極性施加於奈米碳管電 晶體呈現關閉之狀態，使半導體性奈米碳管無高密度電流流過，避免其結 構遭受燒除。
3-6.3 電性應力法之元件篩選
根據第二章中所述的元件製程參數控制法已將採用旋塗法之奈米碳管 跨接到源極、汲極的或然率大幅提升，故本論文在進行直流量測時，可以
篩選適合用來作電性應力法的奈米碳管電晶體，而略過不適合用來作電性 採用的電性應力法的偏壓條件乃根據定電壓預算(Constant voltage budget)來 施加，而本論文定義電壓預算為源極、汲極間的跨電壓乘以所施加的應力 時間(Stress time)之積。
在作電性應力法前，假定本論文固定所施加的電壓預算值約為 50，則 首先將源極、汲極間之跨電壓設定為 5V、時間為 10 秒，完成第一次電性 應力法後，再量測此元件的直流電性一次，若ID-VG特性圖顯示仍有金屬性
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電性應力法。由於有時是否可以成功地燒毀金屬性奈米碳管乃取決於源 率為212.1(mV/dec)。
元 件 I 是 下 閘 極 / 下 閘 極 介 電 層 / 基 板 為 60nm In-situ doped N+
poly-Si/10nm Al2O3/高阻抗晶圓、下閘極長度為 0.5 微米、通道長度為 1 微 米、源極/汲極為鈀(Pd)之元件。由元件 I 之 ID-VG特性圖分析，在作電性應 力法前，其 ID-VG特性圖有將近 100.7的電流開關比(如圖 3-30)，代表元件 I 為適合作電性應力法之元件，當施加源極與汲極間的跨壓為5V、下閘極偏 壓為4V 關閉 P-type 奈米碳管電晶體，作第一次電性應力法 10 秒後，並無 燒除任何金屬性奈米碳管，反而電流流經源極/汲極時之焦耳熱還具有修補 金屬性奈米碳管與 Pd 接觸面之缺陷；當施加源極與汲極間的跨壓提升為 6V，作第二次電性應力法 8 秒後，可略為燒毀部份的金屬性奈米碳管，使 元件I 的電流開關比達到 102；當施加源極與汲極間的跨壓提升為8V，作第 二次電性應力法6 秒後，可完全燒毀部份的金屬性奈米碳管，使元件 I 的電 流開關比達到105、次臨界斜率為297.5(mV/dec)。