碳纳米管以其独特的结构和电子特性成为后摩尔时代最有潜力代替硅成为场效应晶体管半导体沟道材料的候选者。要获得高性能、低功耗的高质量纳米电子器件,首要条件是制备出高纯度的半导体型单壁碳纳米管密排薄膜。目前已经有研究表明溶液法实现了高纯度半导体型碳纳米管的制备,并且可以形成高均一性的碳纳米管薄膜,但是制备出的碳纳米管薄膜表面残留有大量的有机聚合物,这会增加器件的接触电阻。而随着器件尺寸的不断减小,碳纳米管与金属电极之间的接触电阻变得尤其重要。本论文从此处展开研究,力求有效去除碳纳米管薄膜表面包裹的聚合物,降低器件的接触电阻,提高器件的性能,主要研究内容如下:1.首次探究了不同后处理工艺对碳管晶体管器件性能的影响,评估了不同后处理工艺去除碳管表面聚合物的效果,总结了一种碳管材料后处理组合工艺,为未来处理碳管材料工艺的选择提供了指导和依据。论文首先使用不同的后处理工艺去除了碳管薄膜表面的聚合物,然后在基于处理后的碳管薄膜上制备碳管晶体管器件,最后通过比较相应器件的性能表征去除聚合物的效果。其中后处理工艺包括退火,镀氧化钇酸洗及退火+镀氧化钇酸洗结合等工艺。基于退火次数对器件性能影响的实验显示退火1次基本达到了退火工艺去除碳管表面聚合物的效果,退火次数过多会对样品表面造成损害;基于酸洗工艺次数对器件性能影响的实验显示镀氧化钇酸洗次数对长沟道器件的影响更大,即工艺次数过多会导致样品表面形成缺陷,所以镀氧化钇酸洗1次的工艺更适用于实验操作,既降低实验成本又可以达到实验效果;基于退火+镀氧化钇酸洗的工艺顺序的探究显示退火+镀氧化钇酸洗工艺下器件的性能明显好于镀氧化钇酸洗+退火工艺下器件性能。论文采用转移曲线和输出曲线等性能参数表征去除聚合物对器件性能的改善效果,实验数据显示退火+镀氧化钇酸洗工艺对器件性能尤其是栅控能力具有最好的提升,包括最大的跨导及最小的亚阈值摆幅,同时器件也具有最大的开态电流、最大的饱和电流和最小的开态电阻,从而证明了退火+镀氧化钇酸洗结合工艺去除碳管表面聚合物的效果最好。2.首次使用接触电阻Rc从器件物理层面上去判断去除碳管表面聚合物对器件接触改进的效果。器件接触电阻直接反映了金属电极与碳纳米管的接触情况,接触电阻越小,器件的总电阻就会越小,器件的功耗越低。论文对提取接触电阻的两种主要方法,转移长度法和Y函数法进行了研究分析。转移长度法求得的接触电阻是对一系列器件的开态电阻和相应沟道长度进行拟合得出来的结果,计算结果误差较小。而Y函数法是通过提取单一器件的一系列参数来计算求得的,对器件的质量要求较高,结果存在偶然性。论文通过制备多组沟道长度依次缩减的晶体管,利用转移长度法提取了基于不同后处理工艺处理材料的晶体管的接触电阻。结果显示退火+镀氧化钇酸洗结合工艺下的器件具有最小的接触电阻,约为3.61 kΩ,而未经处理器件的接触电阻为8.16 kΩ。这一结果验证了退火+镀氧化钇酸洗工艺在去除碳管表面聚合物时具有最好的效果。3.通过制备不同的金属接触晶体管,验证了所提后处理组合工艺的普适性。论文通过设计不同接触的碳管晶体管器件,探究不同后处理工艺对不同接触器件性能的影响。实验制备了 Pd金属和Ti金属两种接触器件,其中Pd金属与碳纳米管形成的是欧姆接触,Ti金属与碳纳米管形成的是非欧姆接触。相对于Pd接触器件,Ti接触器件中碳管表面的聚合物等杂质相当于对半导体碳管进行了简并掺杂,使得肖特基势垒变得非常薄,载流子更容易隧穿势垒,所以碳管表面的聚合物会提高Ti接触器件的性能。实验结果显示Ti接触器件在退火+镀氧化钇酸洗工艺下具有最小的开态电流和最大的接触电阻,而Pd接触器件在退火+镀氧化钇酸洗工艺下具有最大的开态电流和最小的接触电阻,证明了所提后处理工艺的普适性。