作为现代信息电子基石的硅基晶体管尺寸已高度微缩，通过继续缩减尺寸提高性能的路线面临难以克服的物理挑战和巨大的成本挑战。半导体碳纳米管（S-CNTs），尤其是高密度半导体阵列碳纳米管（A-CNTs）由于其具有的独特电学优势，被证明是下一代集成电路应用最具潜质的材料。目前，制备晶圆级A-CNTs的可行方案是利用聚合物包裹法所制备的高半导体纯度碳纳米管溶液通过构建液-液界面实现A-CNTs自组装。然而，采用常规方法制备的A-CNTs上包裹的聚合物难以去除，导致A-CNTs不能充分发挥其本征电学优势、批量制备的晶体管器件性能一致性难以稳定控制。国际上一些研究组开始发展可降解聚合物方案制备A-CNTs。然而受限于谱学表征（如X射线光电子能谱XPS、吸收谱）等常用手段的分辨率，难以准确获悉A-CNTs表面聚合物残留情况，迄今为止没有真正基于无聚合物包裹的A-CNT晶体管展示。

宝威体肓官网、碳基电子学研究中心碳基电子学研究团队通过设计可降解共轭聚合物poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-dinitrilomethine)-(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-dimethine)]（PFO-N-PFO）并开发其高效去除工艺，实现了A-CNTs表面聚合物的近完全去除。系统性的透射电子显微镜（TEM）表征，结合传统XPS和吸收谱等谱学证据，首次为A-CNTs表面聚合物的近完全去除提供了坚实证据（图1）。同时研究结果表明，如果没有高效的去除工艺，仅靠聚合物的降解并不能得到真正无聚合物包裹的A-CNTs。采用改进的维度限域自组装法（m-DLSA）制备出无聚合物包裹的A-CNTs及其高性能晶体管， 沟道长度45 nm典型器件的开态电流、跨导和接触电阻分别为2.2 mA/µm、1.1 mS/µm和191Ω∙µm（图2），为所报道的A-CNT晶体管最好性能之一。

图1. TEM表征揭示出采用可降解聚合物PFO-N-PFO制备的碳纳米管在后去除工艺中表面聚合物状态变化

图2. 采用m-DLSA制备无聚合物包裹的A-CNTs及其晶体管电学性能

相关成果以题为“通过可降解聚合物包裹和高效去除技术实现高性能无聚合物包裹的阵列碳纳米管场效应晶体管”（Achieving High-Performance Polymer-Wrapper-Free Aligned Carbon Nanotube Field-Effect Transistors Through Degradable Polymer Wrapping and Efficient Removal Techniques）的论文，于8月24日在线发表于《ACS Nano》。宝威体肓官网、碳基电子学研究中心、山西北大碳基薄膜电子研究院、山西大学先进功能材料与器件研究院的白兰博士、林艳霞博士为第一作者，梁学磊教授和曹宇副研究员为共同通讯作者。浙江大学材料科学与工程学院、中国科学院空间应用工程与技术中心为合作单位。

上述研究得到国家自然科学基金、山西省科技重大专项计划“揭榜挂帅”项目等项目的资助。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.4c06700