Complementary Transistors Based on Aligned Semiconducting Carbon Nanotube Arrays

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作者
Chenchen Liu,Yu Cao,Bo Wang,Zixuan Zhang,Yanxia Lin,Lin Xu,Yingjun Yang,Chuanhong Jin,Lian‐Mao Peng,Zhiyong Zhang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (12): 21482-21490 被引量:49
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c10007
摘要

High-density semiconducting aligned carbon nanotube (A-CNT) arrays have been demonstrated with wafer-scale preparation of materials and have shown high performance in P-type field-effect transistors (FETs) and great potential for applications in future digital integrated circuits (ICs). However, high-performance N-type FETs (N-FETs) have not yet been implemented with A-CNTs, making development of complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) technology, a necessary component for modern digital ICs, impossible. In this work, we reveal the mechanism hindering the realization of A-CNT N-FETs contacted by low-work-function metals and develop corresponding solutions to promote the performance of N-FETs to that of P-type FETs (P-FETs). The fabricated scandium (Sc)-contacted A-CNT N-FET with a 100 nm gate length exhibits an on-state current (Ion) of 800 μA/μm and a peak transconductance (gm) of 250 μS/μm, representing the highest performance of CNT-based N-FETs to date. Moreover, CMOS technology has been developed to realize N- and P-FETs with symmetric high performance based on A-CNTs. The fabricated A-CNT CMOS FETs show electron and hole mobilities of 325 and 241 cm2 V-1 s-1, respectively, which are slightly higher than the corresponding values of Si CMOS transistors. Our scalable fabrication of A-CNT CMOS FETs with comparable electronic performance to Si CMOS will promote the application of CNT-based electronics in digital ICs.
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