5-1.1 解決上閘極奈米碳管電晶體之缺點
本論文檢視了傳統採用奈米碳管溶液之旋塗法來製作上閘極奈米碳管 電晶體的製程缺點，其中包含由於晶圓表面過於平坦所造成之奈米碳管跨 接到源極/汲極的或然率下降；源極/汲極採用光阻掀離法製作所造成的金屬 尖端凸起，將使上閘極介電層有漏電流過大的問題；上閘極介電層無法採 用高溫熱氧化法來製作；上閘極介電層若採用製程成本較低的電漿輔助化 學氣相沉積法來製作，將導致奈米碳管結構於電漿環境中受到生成物自由 基的破壞；上閘極介電層若採用製程成本較高的原子層沉積來製作，奈米 碳管須經由特殊的化學處理才能提高原子層沉積的階梯覆蓋性，否則於較 低的等效二氧化矽厚度(EOT)下，將有上閘極介電層漏電流過大的問題。根 據上述傳統上閘極奈米碳管電晶體之缺點，本論文設計了區域性背閘極奈 米碳管電晶體，採用乾蝕刻法來製作區域性背閘極，並成功地完全解決上 述之製程缺點。
5-1.2 奈米碳管之材料分析
本論文將Carbolex 公司所量產的 AP-grade 單層壁奈米碳管進行拉曼光 譜、掃描探針顯微鏡、穿透式電子顯微鏡等材料分析，其中透過拉曼光譜 分析，由 RBM 振動模式可計算單層壁奈米碳管的直徑約為 1.31nm 及 1.38nm、由 G-Band 振動模式可判斷其具有金屬性奈米碳管的存在、由 G/D ratio = 9.36，代表此奈米碳管品質不錯；透過掃描探針顯微鏡分析，可得單
層壁奈米碳管的直徑約為1.5nm、長度可達 2 微米；透過穿透式電子顯微鏡 分析，可得單層壁奈米碳管的直徑約為1.4nm，並可成功地確認奈米碳管浸 泡於二甲基甲醯胺的有機溶劑中，將使有機物吸附於單層壁奈米碳管之管 壁。上述之奈米碳管材料分析所顯示的單層壁奈米碳管直徑及長度，均符 合 Carbolex 公司 所 提 供 的產品規格為單層壁奈 米 碳 管 之 平 均 直 徑 為 1.4nm、長度為 2 微米至 5 微米、含有 33.3%之金屬性單層壁奈米碳管的存 在。在確認本論文所採用的奈米碳管之材料性質後，即可將其用來製作高 性能區域性背閘極奈米碳管電晶體。
5-1.3 高成功率之區域性背閘極奈米碳管電晶體
本論文證實區域性背閘極之結構高低差於奈米碳管溶液塗佈時，可有 效地捕捉向晶圓邊緣移動的奈米碳管，使奈米碳管跨接於源極/汲極的或然 率大幅提升。在上述之高或然率的情形下，使本論文所配製的奈米碳管溶 液濃度可降至0.00625(毫克/毫升)，提升奈米碳管束於震盪時分離成單一根 單層壁奈米碳管的可能性，故本論文成功地採用製程參數控制法製作出高 成功率(>50%)的區域性背閘極奈米碳管電晶體。
5-1.4 高性能之區域性背閘極奈米碳管電晶體
長閘極式區域性背閘極奈米碳管電晶體在經由製程材料及製程方式的 改善後，已成功地製作出高電流開關比(106~107)、高互導(>1μS)、低次臨 界斜率(<150mV/dec)的 P-type 高性能長閘極式區域性背閘極奈米碳管電晶 體。本論文驗證採用鈀(Pd)來製作區域性背閘極奈米碳管電晶體的源極/汲 極時，可使鈀(Pd)與奈米碳管間之接觸面產生歐姆接觸，故對於短閘極式區 域性背閘極奈米碳管電晶體而言，於晶背(晶圓)未施加偏壓時，仍可產生主 動元件的開關電性，並且保有上述之高性能直流電性。
5-1.5 水氣極性分子對於區域性背閘極奈米碳管電晶體之影響
由於區域性背閘極奈米碳管電晶體通道上的奈米碳管裸露於大氣環境 下，故其上易吸附大氣環境中的極性分子，造成元件之直流電性有臨界電 壓移動的現象。本論文將區域性背閘極奈米碳管電晶體元件進行升溫量測 後，可推論此大氣環境中的極性分子為水氣(H2O)，故若將元件置於高溫環 境中覆蓋一層保護層隔絕大氣環境中的水氣分子，則可大為地降低極性分 子造成臨界電壓移動的幅度。
5-1.6 定電壓預算之電性應力法
本論文提出了電壓預算(Constant voltage budget)之應力偏壓、應力時間 準則來對區域性背閘極奈米碳管電晶體進行電性應力法，利用此準則，可 成功地燒除區域性背閘極奈米碳管電晶體通道上的金屬性奈米碳管，回復 其高性能直流電性。
5-1.7 電漿製程傷害奈米碳管
本論文實務上製作了背閘極(Back-gated)奈米碳管電晶體來驗證電漿製 程對於直流電性的影響，於電漿製程前後量測元件之直流電性，證實了電 漿環境中所產生的氫自由基(H radicals)生成物，可破壞奈米碳管的結構，使 奈米碳管結構產生缺陷，導致背閘極奈米碳管電晶體的直流電性受到嚴重 的影響，幾乎呈現開路的現象。
5-1.8 真空高溫退火製程改善奈米碳管與金屬間之接觸阻抗
本論文分別採用鈀(Pd)、鎳(Ni)、鉻(Cr)來製作區域性背閘極奈米碳管 電晶體的源極/汲極，並於溫度 600℃、時間 3 分鐘之真空高溫退火前後量 測區域性背閘極奈米碳管電晶體的直流電性，以比較真空高溫退火製程對 於區域性背閘極奈米碳管電晶體直流電性的影響。鈀、鎳源極/汲極之元件
於真空高溫退火後，由於鈀、鎳與奈米碳管間有較強的 sticking 與 wetting 作用力，故可改善其與奈米碳管間之接觸阻抗，提升區域性背閘極奈米碳 管電晶體的直流電性；鉻源極/汲極之元件於真空高溫退火後，由於鉻易與 大氣環境下的氧產生 Cr-O 的鍵結、鉻與奈米碳管間無較強的 sticking 與 wetting 作用力，故其與奈米碳管間之接觸阻抗並無太大之改善，此結果反 應於區域性背閘極奈米碳管電晶體之直流電性並無太大的提升。