研究目的
为提高碳纳米管基互补金属氧化物半导体（CMOS）集成电路（IC）的性能，使其达到适用于无线传感器接口系统的千兆赫兹工作频率，从而解决现有碳纳米管CMOS集成电路工作频率低于无线通信要求这一限制问题。
研究成果
该研究成功制备了具有深亚微米栅极长度的高性能碳纳米管CMOS场效应晶体管，实现了n型场效应晶体管的创纪录导通态性能，并展示了振荡频率高达1.98 GHz的压控振荡器。这些CMOS集成电路展现出高能效和宽可调频范围，且被集成至无线温度传感接口系统中，表明其在智能传感器、物联网设备及云计算技术领域具有应用潜力。未来工作应聚焦于降低静态功耗并提升长期稳定性。
研究不足
由于碳纳米管带隙较小导致关态电流较高，静态功耗较大；n型场效应晶体管的长期稳定性需要针对氧气和水分等环境因素进行有效钝化防护；实验装置可能未针对所有应用场景完全优化，且实现工业化规模的扩展可能存在挑战。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用无掺杂工艺制备高质量碳纳米管薄膜的深亚微米CMOS场效应晶体管。方法包括电子束光刻（EBL）、原子层沉积（ALD）和退火工艺以提升器件性能。
2：样本选择与数据来源：
使用99.99%半导体纯度的单壁碳纳米管（s-SWCNTs），通过溶液法制备，并采用扫描电镜（SEM）和拉曼光谱进行表征。
3：99%半导体纯度的单壁碳纳米管（s-SWCNTs），通过溶液法制备，并采用扫描电镜（SEM）和拉曼光谱进行表征。 实验设备与材料清单：
3. 实验设备与材料清单：设备包括探针台（Cascade Summit 1100）、半导体分析仪（Keithley 4200）、示波器（Agilent DSO90404A）、频谱仪（Agilent N9020A）、管式炉（Thermo Scientific Lindberg/Blue M Moldatherm 1100°C），材料包括钯（Pd）、钪（Sc）、二氧化铪（HfO2）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）以及用于电池和天线的柔性衬底。
4：0）、半导体分析仪（Keithley 4200）、示波器（Agilent DSO90404A）、频谱仪（Agilent N9020A）、管式炉（Thermo Scientific Lindberg/Blue M Moldatherm 1100°C），材料包括钯（Pd）、钪（Sc）、二氧化铪（HfO2）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）以及用于电池和天线的柔性衬底。 实验流程与操作步骤：
4. 实验流程与操作步骤：制备过程包括碳纳米管薄膜图案化、接触电极与栅介质沉积，以及构建CMOS反相器和压控振荡器（VCO）。测量内容包括转移特性、输出特性、振荡频率及与柔性电池和天线的系统集成。
5：数据分析方法：
通过半导体分析仪和频谱仪分析数据，测量电流密度、跨导、振荡频率和能效等性能指标，并与现有文献对比。
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Semiconductor Analyzer
4200
Keithley
Used to offer supply voltage and controlled voltage, and measure electrical characteristics.
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Oscilloscope
DSO90404A
Agilent
Used to measure output waveforms of the VCO circuits.
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Spectrum Analyzer
N9020A
Agilent
Used to measure the output spectrum of the VCO circuits.
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Tube Furnace
Lindberg/Blue M Moldatherm 1100°C
Thermo Scientific
Used for annealing the CNT film to remove polymer residuals and enhance device performance.
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Probe Station
Summit 1100
Cascade
Used for measuring the fabricated CNT-based CMOS FETs and ICs.
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Flexible Li-ion Battery
Used to power the wireless sensor interface system, providing energy for the CNT ICs.
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Flexible Antenna
ALN-9662
Alien Corporation
Used for wireless signal transmission in the sensor interface system, designed for UHF RFID.
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