摘要
单壁碳纳米管由于其优异的电子学特性（高迁移率、高开关比等），被认为是下一代半导体器件领域的潜在候选，在大面积薄膜晶体管(TFT)，柔性电子与可穿戴电子等领域拥有巨大的应用潜力。经过20余年的发展，基于半导体型单壁碳纳米管(s-SWCNTs)晶体管技术得到了长足的发展，但是仍有许多问题急需解决，一是可靠的制备高纯度低缺陷的s-SWCNTs问题。这需要发展新型分离技术，简化纯化过程，同时减少加工和处理过程中在碳纳米管表面引入的缺陷，尽可能发挥s-SWCNTs的本征优异性能。二是碳纳米管在加工纯化过程中的残留分散剂问题。这些包裹在碳纳米管表面分散剂多为不良导体，会极大的增加碳纳米管与电极的接触电阻。三是如何实现高质量s-SWCNTs薄膜的高效制备。对于TFT阵列、显示驱动电路等规模化应用来说，随机网络型碳管薄膜具有可靠的均匀性和批次稳定性，可以满足规模制备的需求。 本文从s-SWCNTs在大面积TFT应用面临的主要问题出发，着重优化碳纳米管薄膜制备工艺;发展了一种新型快速升降温退火方法用于解决碳纳米管表面分散剂残留问题;并通过优化的大面积制膜方法，成功制备了用于显示驱动电路的碳纳米管晶体管阵列。具体研究内容如下: (1)对经过清洗的s-SWCNTs溶液进行了详细的光谱与稳定性表征;优选了氯仿作为重分散溶剂;通过一种简单的预沉积方法有效降低了分散液中的短管含量，提升了薄膜中碳纳米管的平均管长，成功制备了高质量的碳纳米管薄膜; (2)在高质量s-SWCNTs薄膜的基础上，系统研究了漂洗、管式炉退火、快速升降温退火等处理工艺对碳纳米管薄膜表面分散剂去除的影响，通过红外、吸收、SEM、AFM、XPS等表征手段验证了快速升降温退火技术对薄膜洁净度的有效提升; (3)面向碳纳米管TFT在显示领域的应用，通过调控制备工艺构筑了200mm*200mm的大面积高均匀性s-SWCNTs薄膜;并通过标准fab工艺制备了碳纳米管TFT阵列;深入研究和分析了器件结构、层间处理、封装工艺等对TFT阵列性能均匀性的影响。 本文提出的快速升降温退火技术是针对s-SWCNTs薄膜表面分散剂去除的一种技术创新，利用聚合物和碳纳米管之间的热膨胀系数差异，通过快速升温和快速降温过程使得聚合物从碳纳米管表面脱落，解决了薄膜中的聚合物残留问题，极大的促进了碳纳米管TFT薄膜晶体管的性能提升，为碳纳米管TFT阵列的应用推进奠定了基础。
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