本論文主要目的是設計並製作區域性背閘極(Local bottom-gated)結構 的奈米碳管電晶體，其又可區分為長閘極式 P-type CNTFETs 及短閘極式 P-type CNTFETs，透過直流電性的量測，進一步的改善製程材料、製程參 數來達到高性能(High performance)奈米碳管電晶體的要求，並加以分析其 直流電性。
第二章中將會說明區域性背閘極奈米碳管電晶體的製程結構設計、光 罩佈局、製程材料、製程步驟。另外說明區域性背閘極的製程方式及奈米 碳管溶液的配製法則。
第三章中將會對所使用的奈米碳管進行材料分析，其中包含拉曼光譜 分析及掃描探針顯微鏡(SPM)分析。並探討區域性背閘極奈米碳管電晶體於 不同製程參數、不同製程材料及不同溫度下的直流電性變異；電性應力法 (Electrical stress)燒除金屬性奈米碳管的方法；電漿製程對於奈米碳管電晶 體直流電性所產生之影響；X 光繞射法(XRD)對於鈀(Pd)源極/汲極之晶相分 析。
第四章中則是檢驗焦耳熱(Joule heating)、真空高溫退火效應對於奈米 碳管電晶體直流電性、奈米碳管與金屬間之接觸阻抗的影響，其中的實驗 變因包含鈀(Pd)、鎳(Ni)、鉻(Cr)分別作為源極/汲極金屬，並探討不同金屬 與奈米碳管間的黏著(sticking)與濕潤(wetting)作用力之強度。另外採用高解 析度穿透式電子顯微鏡分析奈米碳管上是否有碳氫有機吸附物之存在。
第五章為結論歸納並且對未來之研究工作給予建議。
圖 1-1 上圖左為單層壁奈米碳管的示意圖；上圖右為利用具有原子級解析 度的掃描穿隧顯微鏡(STM)所攝得的單層壁奈米碳管影像[12]。
圖1-2 多層壁奈米碳管之示意圖。
圖1-3 定義奈米碳管的特徵向量 C=na1+ma2=(n,m)[12]。
圖1-4 上圖上為(n,m) = (10 10)的 Armchair 單層壁奈米碳管，上圖下為(n,m)
= (20 0)的 Zigzag 單層壁奈米碳管[12]。
圖1-5 奈米碳管的能量-動量關係圖。(a)三維示意圖；(b)金屬性奈米碳管二 維示意圖；(c)半導體性奈米碳管二維示意圖[12]。
圖1-6 奈米碳管成長法的示意圖。(a)電弧放電法；(b)雷射熱熔法；(c)化學 氣相沉積法。
圖1-7 背閘極奈米碳管電晶體之剖面結構示意圖。
圖1-8 假定奈米碳管吸附氧氣後呈現 P-type，而上圖所示為 P-type 奈米碳 管與源極/汲極金屬接觸達到熱平衡時，其蕭基位障之能帶圖。
圖1-9 自由載子穿隧蕭基位障產生電子或電洞的穿隧電流示意圖，當閘極 施加負電壓時產生電洞電流；當閘極施加正電壓時產生電子電流。
圖1-10 雙極性奈米碳管電晶體之 ID-VG特性圖[37]。
圖1-11 上閘極奈米碳管電晶體之剖面結構示意圖。
圖1-12 源極/汲極採用光阻掀離法時，其邊緣所殘留的金屬尖端凸起示意 圖。
圖1-13 雙閘極奈米碳管電晶體之剖面結構示意圖。
圖1-14 P-type 雙閘極奈米碳管電晶體之能帶操作示意圖，當晶圓施以負閘 極偏壓(Vb < 0 V)時，藉由下閘極控制對於奈米碳管通道上的能帶調變可控 制電晶體的開關效應，實線表關狀態、虛線表開狀態。
圖1-15 P-type 雙閘極奈米碳管電晶體之能帶間穿隧效應示意圖。當下閘極 施加至大正電壓時，又施加極性與下閘極相反的大負電壓於背閘極(晶圓) 上，由源極入射的電洞有機會藉由能帶間穿隧效應到達汲極。
圖1-16 奈米碳管電晶體經由電子束照射後，其 ID-VG特性圖及拉曼光譜分 析均顯示其性能有衰退的現象[47]。
圖1-17 透過電漿製程選擇性蝕刻金屬性奈米碳管，使奈米碳管電晶體的電 流開關比由原先不到101改善到104[49]。
圖1-18 (a)TEM 圖中為 functionalized CNTs，其管壁明顯有鍵結物產生；
(b)TEM 圖中可驗證經過高溫退火可去除此鍵結物[50]。