具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开的技术方案。

除非另有说明，否则示出的示例性实施方式/实施例将被理解为提供可以在实践中实施本公开的技术构思的一些方式的各种细节的示例性特征。因此，除非另有说明，否则在不脱离本公开的技术构思的情况下，各种实施方式/实施例的特征可以另外地组合、分离、互换和/或重新布置。

在附图中使用交叉影线和/或阴影通常用于使相邻部件之间的边界变得清晰。如此，除非说明，否则交叉影线或阴影的存在与否均不传达或表示对部件的具体材料、材料性质、尺寸、比例、示出的部件之间的共性和/或部件的任何其它特性、属性、性质等的任何偏好或者要求。此外，在附图中，为了清楚和/或描述性的目的，可以夸大部件的尺寸和相对尺寸。当可以不同地实施示例性实施例时，可以以不同于所描述的顺序来执行具体的工艺顺序。例如，可以基本同时执行或者以与所描述的顺序相反的顺序执行两个连续描述的工艺。此外，同样的附图标记表示同样的部件。

当一个部件被称作“在”另一部件“上”或“之上”、“连接到”或“结合到”另一部件时，该部件可以直接在所述另一部件上、直接连接到或直接结合到所述另一部件，或者可以存在中间部件。然而，当部件被称作“直接在”另一部件“上”、“直接连接到”或“直接结合到”另一部件时，不存在中间部件。为此，术语“连接”可以指物理连接、电气连接等，并且具有或不具有中间部件。

为了描述性目的，本公开可使用诸如“在……之下”、“在……下方”、“在……下”、“下”、“在……上方”、“上”、“在……之上”、“较高的”和“侧(例如，在“侧壁”中)”等的空间相对术语，从而来描述如附图中示出的一个部件与另一(其它)部件的关系。除了附图中描绘的方位之外，空间相对术语还意图包含设备在使用、操作和/或制造中的不同方位。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为“在”其它部件或特征“下方”或“之下”的部件将随后被定位为“在”所述其它部件或特征“上方”。因此，示例性术语“在……下方”可以包含“上方”和“下方”两种方位。此外，设备可被另外定位(例如，旋转90度或者在其它方位处)，如此，相应地解释这里使用的空间相对描述语。

这里使用的术语是为了描述具体实施例的目的，而不意图是限制性的。如这里所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一个(种、者)”和“所述(该)”也意图包括复数形式。此外，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”以及它们的变型时，说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组，但不排除存在或附加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组。还要注意的是，如这里使用的，术语“基本上”、“大约”和其它类似的术语被用作近似术语而不用作程度术语，如此，它们被用来解释本领域普通技术人员将认识到的测量值、计算值和/或提供的值的固有偏差。

另外，本公开中使用的术语“多个”是指两个或两个以上。

图1示例性的示出了本公开的一个实施方式的碳纳米管射频器件的结构示意图。图2是本公开的一个实施方式的碳纳米管射频器件的扫描电镜图。

下文结合图1和图2对本公开的碳纳米管射频器件的结构做详细说明。

如图1所示，碳纳米管射频器件100，包括：沟道层101，沟道层101由碳纳米管形成；以及衬底层，沟道层设置在衬底层上，其中，衬底层的与沟道层接触的表面形成有极性基团，碳纳米管至少通过衬底层的表面的极性基团设置在衬底层上。

碳纳米管可以为半导体型碳纳米管。极性基团可以通过对衬底层的表面进行改性处理而形成。碳纳米管可以为经过含氮原子的聚合物提纯后的碳纳米管。

本公开的碳纳米管射频器件100的衬底层使用低损耗、高热导率类衬底，例如衬底层的材料为氧化铍(BeO)、氮化铝(AlN)或者金刚石等。

示例性地，首先使用含有氮原子的聚合物分子(例如PCO-BPy)对碳纳米管进行半导体型的提纯，得到的碳纳米管会被聚合物分子包覆，再使用醇类溶剂(例如乙二醇)将碳纳米管转移到衬底层上，在转移之前，需要在衬底层的表面形成极性基团，使得衬底层具备较高的亲水性，例如通过浓硫酸对衬底层进行浸洗。

极性基团可以是羟基、羧基、磺酸基等。

本公开的衬底层的材料可以为氧化铍(BeO)，下面以氧化铍(BeO)为例进行说明。

由于氧化铍(BeO)衬底具备优于Si/SiO₂衬底的绝缘性能，可以有效降低衬底寄生电容电阻效应，同时还具备很好的散热性能(热导率可与SiC相当)，可以减轻器件或者电路工作时的热效应，有利于热预算的实现，同时非常利于模拟信号、数字信号以及射频信号的系统级集成(SoC)，能够最大限度地利用碳纳米管作为准一维度材料的优势，可以直接在衬底实现SOI结构的集成。

如图1所示，进一步地，碳纳米管射频器件100还包括：栅极102，栅极102包括多个栅极指部1021，多个栅极指部1021设置在沟道层101之上；漏极103，漏极103包括多个漏极指部1031；以及源极104，源极104包括多个源极指部1041，其中，每个栅极指部1021设置在相邻的一个源极指部1041与一个漏极指部1031之间，并与该一个源极指部1041以及该一个漏极指部1031存在间隔。

图2示出了本实施方式的栅极102、源极104以及漏极103的结构布局。

本实施方式的碳纳米管射频器件100的栅极、源极以及漏极均设置为多指结构，增大了射频器件的工作总电流，至少满足50欧姆匹配，并降低了射频器件的寄生效应。

本实施方式的碳纳米管射频器件100还可以包括衬底层(图1未示出衬底层)。

图1中示例性的示出了栅极102具有六个指部1021，漏极103具有三个漏极指部1031，源极104采用了两个源极模块，共有四个源极指部1041。然而，本领域技术人员应当理解，上述栅极指部1021、源极指部1041、漏极指部1031的数量的可以根据实际的射频器件性能要求等做出调整，本公开对此并不做特别限定。

如图1所示，每个栅极指部1021设置在相邻的一个源极指部1041与一个漏极指部1031之间，并与该一个源极指部1041以及该一个漏极指部1031存在间隔，即相邻的源极指部1041和漏极指部1031通过一个栅极指部1021间隔开。

此外，如图1所示，碳纳米管射频器件100的栅极102的端部设置在碳纳米管射频器件100的第二侧(图1中的上侧)，漏极103的端部以及源极104的端部设置在碳纳米管射频器件100的第一侧(图1中的下侧)，其中，第一侧与第二侧为相对的侧。

碳纳米管射频器件100的每个栅极指部1021通过隔离介质与相邻的源极指部1041以及相邻的漏极指部1031间隔。

其中，用于将每个栅极指部1021与相邻的源极指部1041以及相邻的漏极指部1031间隔开的隔离介质为空气桥或者低K介质，低K介质可以是K值小于3的低K介质。

由于通过隔离介质将每个栅极指部1021与相邻的源极指部1041以及相邻的漏极指部1031间隔开，使得本公开的射频器件的寄生效应进一步降低。

碳纳米管射频器件100的源极104的端部的至少一部分与漏极103的端部的至少一部分设置在不同层。

碳纳米管射频器件100的设置在不同层的源极104的端部的至少一部分与漏极103的端部的至少一部分通过隔离介质105隔离。

其中，用于将设置在不同层的源极104的端部的至少一部分与漏极103的端部的至少一部分隔离的隔离介质105为空气桥或者低K介质，低K介质可以是K值小于3的低K介质。

通过将多指结构中的源极104的端部走线布置到漏极的端部一侧，同时采用跳线布局，并使用低K介质甚至是空气作为隔离介质，进一步降低了寄生效应。

如图1所示，可以将碳纳米管射频器件100的源极104端部的连接两个源极指部1041的部位与该连接两个源极指部1041的部位跨过的漏极103的漏极指部1031的部位设置在不同层，并且用隔离介质105进行隔离。

根据本公开的优选实施方式，如图1所示，碳纳米管射频器件100的碳纳米管层中碳纳米管的延伸方向垂直于栅极指部1021、源极指部1041以及漏极指部1031的延伸方向。

上述各个实施方式中，碳纳米管射频器件100的栅极102为金属材料，例如使用钛金等具有良好导电性的材料作为栅极102的材料。

本公开不对碳纳米管射频器件的栅极的材料类型做特别限定。

上述各个实施方式中，碳纳米管射频器件100的源极104以及漏极103为N型金属(例如Pd)或者P型金属(例如Sc)。

本公开不对碳纳米管射频器件的源极以及漏极的材料类型做特别限定。

上述各个实施方式中，碳纳米管射频器件100的作为沟道层的碳纳米管层为碳纳米管阵列薄膜或者碳纳米管网状薄膜。

本公开的优选的实施方式的碳纳米管射频器件起始于低介质损耗且热导率高的陶瓷衬底(例如BeO)，通过溶液沉积或者CVD方法生长得到碳纳米管阵列薄膜或者网络状薄膜，最大限度的降低了衬底对射频器件的寄生效应。

由于传统的碳纳米管的溶液沉积只能发生在硅基衬底上，因此如果将硅基衬底的沉积技术复制到本公开的衬底(例如BeO)上，其技术难度非常大。这是因为本公开的衬底与碳纳米管存在不亲和作用，碳纳米管溶液在沉积过程中碳纳米管非常容易脱附。

为了解决这一技术问题，采用含有N原子的聚合物分子对半导体碳纳米管进行提纯，得到的碳纳米管会被聚合物分子所包覆。之后可以使用醇类溶剂，在醇类溶剂加入碳纳米管溶液。聚合物中的N原子和醇类溶剂中的H原子将会形成氢键，在氢键的作用下聚合物包覆的碳纳米管迁移进入碳纳米管溶液和醇类溶剂的交界处并且限制在该交界面(二维双液面)上。

将衬底片从溶液中提拉出来，被限制在交界面的聚合物包覆的碳纳米管会因醇类溶剂和衬底片的强烈吸附作用而沿着一维接触线排列到衬底片上。

根据本公开的一个实施方式，碳纳米管射频器件的制造方法，包括：

S11、在衬底层上形成碳纳米管层，碳纳米管层作为沟道层101；

S12、在衬底层上形成具有多个源极指部1041的源极104和具有多个漏极指部1031的漏极103，漏极103的端部以及源极104的端部形成在射频器件的第一侧；

S13、在衬底层上形成具有多个栅极指部1021的栅极102，并且栅极102的端部形成在射频器件的第二侧，第二侧为第一侧的相对侧，每个栅极指部1021形成在相邻的一个源极指部1041与一个漏极指部1031之间，并与该一个源极指部1041以及该一个漏极指部1031存在间隔。

步骤S11中，使用双液相自组装方法将碳纳米管沉积在衬底层上，形成碳纳米管层。

步骤S12中，将源极104的端部的至少一部分与漏极103的端部的至少一部分形成在不同层。

步骤S13中，使用套刻工艺或者自对准工艺使得每个栅极指部1021形成在相邻的一个源极指部1041与一个漏极指部1031之间。

本实施方式的碳纳米管射频器件的制造方法中，可以使得碳纳米管层中碳纳米管的延伸方向垂直于栅极指部1021、源极指部1041以及漏极指部1031的延伸方向。

本实施方式的碳纳米管射频器件的制造方法，可以使用隔离介质105将形成在不同层的源极104的端部的至少一部分与漏极103的端部的至少一部分隔离。

图3是图1中的A箭头指向的跳线部分的剖面图。

图3示出了衬底106，在源极104的端部的一部分与漏极103的端部的一部分之间，设置有隔离介质105。

图4是图1中的B箭头指向的碳纳米管射频器件的沟道的剖面图。

图4示出了衬底106，在沟道层101上设置有源极104和漏极103，栅极102与沟道层101之间设置有栅介质层107，栅介质层107可以是高K栅氧介质层，例如HfO₂、Y₂O₃。栅极102可以采用T型栅。

图4还示出了隔离源极104、漏极103、栅极102的隔离介质105，可以是低K隔离介质或者空气。

图5是公开的一个实施方式的开路状态下的基于氧化铍(BeO)衬底的碳纳米管射频器件的频率响应曲线(史密斯圆图)。

图5中左侧箭头所指向的椭圆区域中为S参数中的S₁₂以及S₂₁的分布图，图5中右侧箭头所指向的椭圆区域中为S参数中的S₁₁以及S₂₂的分布图。

由图5可以看出，衬底在高频条件下工作时，频散效应很小。

图6是本公开的一个实施方式的开路状态下的基于高阻硅衬底/二氧化硅衬底的碳纳米管射频器件的频率响应曲线(史密斯圆图)。图6作为图5的对比例。

图6中左侧箭头所指向的椭圆区域中为S参数中的S₁₂以及S₂₁的分布图，图6中右侧箭头所指向的椭圆区域中为S参数中的S₁₁以及S₂₂的分布图。

由图6可以看出，衬底在高频条件下工作时，频散效应较大。

图7是本公开的一个实施方式的碳纳米管射频器件的电流增益(h₂₁)和功率增益(U^1/2)的频率变化曲线。

本公开的射频器件去嵌入后的电流增益截止频率可以达到184GHz，功率增益最大谐振频率可以达到148GHz。

图8是本公开的一个实施方式的碳纳米管射频器件的S参数频率性能曲线。

由图7和图8可以看出，本公开的碳纳米管射频器件实现了高频性能的大幅度提高。

根据本公开的又一个实施方式，提供一种集成电路系统，包括上述任一个实施方式的碳纳米管射频器件100。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。