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碳納米管（CNT）網(wǎng)狀薄膜場效應晶體管（TFTs）過去常常被認為是低成本和低性能的晶體管，一般用于顯示驅動或柔性電子設備，但最近已被用于構建數(shù)字集成電路（ICs）。盡管如此，關于如何實現(xiàn)CNT TFTs優(yōu)化的研究工作很少被報道。在這項工作中，制備了基于高質量和高純度的CNT薄膜亞微米TFTs，還研究了由于關態(tài)性能引起的潛在性能限制。具體來說，尺寸縮減在可提升器件性能的同時，也會明顯損壞亞閾值擺幅。實驗和理論模擬結果表明，隨機取向碳管薄膜晶體管的開態(tài)性能（跨導,g_m）和關態(tài)性能（亞閾值擺幅，SS）之間存在著明顯的相互制約規(guī)律。因此，精心設計g_m（120 mV dec-1）與SS（150μSμm-1）之間的平衡對于構建CNT TFTs是十分必要的，使其滿足施加電壓驅動數(shù)字集成電路的實際需求。

Figure 1. CNT材料的表征，（a）高質量CNT薄膜沉積在Si/SiO2基底上的SEM圖，（b）吸附曲線，（c）785 nm波長激發(fā)下的Raman光譜，（d）633 nm波長激發(fā)下的Raman光譜。

Figure 2.CNT網(wǎng)狀薄膜上TFTs的結構與表征。（a）TFT（通道長度為500 nm）的示意圖和SEM，（b）兩種TFT裝置的典型轉移曲線，（c）g_m和SS的靜態(tài)分布，（d）g_m和SS的轉移曲線示意圖。

Figure 3.單個CNTs上FETs的表征和模型。（a）在CNT網(wǎng)狀TFT（通道長度120 nm）中的有效通道長度分布，（b）單個CNTs上FETs的示意圖，（c）L_ch-相關的V_th和I_on曲線，（d）CNTs FETs在不同通道長度下的轉移曲線。

Figure 4. CNT TFTs的性能極限探索。（a）TFTs在不同CNT密度下的模擬SS和（b）g_m值，（c）網(wǎng)狀CNTs 基TFTs在不同參數(shù)條件下的SS和g_m值，（d）最優(yōu)的CNT TFT（通道長度為120 nm）的實驗轉移和輸出曲線。

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    該研究工作由北京大學張志勇聯(lián)合彭練矛課題組于2019年發(fā)表在Adv. Funct. Mater.期刊上。原文：Exploring the Performance Limit of Carbon Nanotube Network Film Field-Effect Transistors for Digital Integrated Circuit Applications（DOI: 10.1002/adfm.201808574）