專利名稱：金屬/半導(dǎo)體納米線交叉結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的制備方法，具體地說是金屬/半導(dǎo)體納米線交叉結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)的制備方法。
背景技術(shù)：
金屬/半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)在半導(dǎo)體器件，尤其是微納器件的制備中起著重要的作用。 在半導(dǎo)體器件中，通常需要利用與半導(dǎo)體形成良好的歐姆接觸的金屬作為電極輸入或輸出電流，而利用金屬-半導(dǎo)體整流接觸特性可以制成二極管，即肖特基二極管。與p-n結(jié)二極管相比，肖特基結(jié)二極管由于正向電流主要是由半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子進(jìn)入金屬形成的， 即多數(shù)載流子器件，不存在電荷存儲(chǔ)效應(yīng)，具有開關(guān)頻率高、正向?qū)妷旱?、不存在少?shù)載流子壽命和反向恢復(fù)問題等優(yōu)點(diǎn)，因而具有更加優(yōu)良的光電特性，更適用于超高速開關(guān)器件、光電探測(cè)器、太陽(yáng)能電池以及半導(dǎo)體激光器等。目前，金屬/半導(dǎo)體納米線異質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成方式主要有以下幾種1、液相合成鑲嵌有金屬顆粒的半導(dǎo)體納米線，形成包含有金屬/半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的一維納米結(jié)構(gòu)；2、結(jié)合模板法和電化學(xué)沉積技術(shù)，分段沉積半導(dǎo)體和金屬材料，在模板中形成金屬/半導(dǎo)體納米線異質(zhì)結(jié)或在模板法沉積的納米線陣列頂端選擇性沉積金屬顆粒，形成金屬顆粒/半導(dǎo)體納米線異質(zhì)結(jié)；3、在單根半導(dǎo)體納米線上，選定區(qū)域外延生長(zhǎng)金屬薄膜或通過二次光刻 (電子束光刻或紫外光刻)和電子束蒸發(fā)技術(shù)，分別蒸鍍上一組歐姆接觸的金屬電極和一組肖特基接觸的金屬電極，形成金屬薄膜/半導(dǎo)體納米線異質(zhì)結(jié)。前兩種方法需要對(duì)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行嚴(yán)格控制，而且異質(zhì)結(jié)操控在目標(biāo)器件上困難，而第三種方法設(shè)備昂貴，二次光刻工藝較為復(fù)雜，而且會(huì)在一定程度上對(duì)器件性能產(chǎn)生影響。因而，一種穩(wěn)定可靠、技術(shù)可用的金屬/半導(dǎo)體納米線交叉結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)的制備方法在納米器件領(lǐng)域仍有著重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，旨在提供一種制備方法簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)的金屬/半導(dǎo)體納米線交叉結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)的制備方法。本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案本發(fā)明金屬/半導(dǎo)體納米線交叉結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)的制備方法的特點(diǎn)在于將半導(dǎo)體納米線3水平分散在覆有絕緣層2的硅片1上，通過一次紫外光刻的方法在絕緣層2上制備兩對(duì)金屬薄膜電極，其中一對(duì)金屬薄膜電極4通過所述半導(dǎo)體納米線3連通，所述金屬薄膜電極4與半導(dǎo)體納米線3呈歐姆接觸；將分散有金屬納米線5的懸浮液滴在絕緣層2上，對(duì)另一對(duì)金屬薄膜電極6施加交流電場(chǎng)，使金屬納米線5吸附到金屬薄膜電極6上，所述金屬納米線5與所述半導(dǎo)體納米線3相交，呈肖特基接觸，形成金屬/半導(dǎo)體納米線交叉結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)。本發(fā)明金屬/半導(dǎo)體納米線交叉結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)的制備方法的特點(diǎn)也在于所述半導(dǎo)體納米線3和所述金屬納米線5為長(zhǎng)度不小于10 μ m、直徑小于1 μ m的單晶結(jié)構(gòu)。
3
本發(fā)明金屬/半導(dǎo)體納米線交叉結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)的制備方法的特點(diǎn)也在于所述半導(dǎo)體納米線3為單質(zhì)半導(dǎo)體、II-VI族半導(dǎo)體化合物、I-VI族半導(dǎo)體化合物或III-V族半導(dǎo)體化合物；本發(fā)明金屬/半導(dǎo)體納米線交叉結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)的制備方法的特點(diǎn)也在于所述單質(zhì)半導(dǎo)體為Si或Ge ；所述II- VI族半導(dǎo)體化合物為SiO、SiS、a^e、ZnTe、CdS、CcKe或CdTe ； 所述I- VI族半導(dǎo)體化合物為CuO、CuS、CuSe或CuTe ；所述III-V族半導(dǎo)體化合物為GaAs 或 In2Sb3 ；本發(fā)明金屬/半導(dǎo)體納米線交叉結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)的制備方法的特點(diǎn)也在于當(dāng)所述半導(dǎo)體納米線3為η型半導(dǎo)體時(shí)，所述兩對(duì)金屬薄膜電極為包括^1、Ti、Ag、Al中的一種或幾種，所述兩對(duì)金屬薄膜電極的功函低于所述半導(dǎo)體納米線3的功函；所述金屬納米線5為包括Pt、Au、Ni、Cu中的一種或幾種，所述金屬納米線5的功函大于所述半導(dǎo)體納米線3與電子的親和力；當(dāng)所述半導(dǎo)體納米線3為P型半導(dǎo)體時(shí)，所述兩對(duì)金屬薄膜電極為包括Pt、Au、Ni、 Cu中的一種或幾種，所述兩對(duì)金屬薄膜電極的功函大于所述半導(dǎo)體納米線3的功函；所述金屬納米線5為包括In、Ti、Ag、Al中的一種或幾種，所述金屬納米線5的功函低于所述半導(dǎo)體納米線3與電子的親和力。本發(fā)明制備過程如下將半導(dǎo)體納米線3水平分散在覆有100-500nm絕緣層2的硅片1上，利用掩模板通過一步光刻在絕緣層上光刻出兩對(duì)電極圖形，其中一對(duì)電極圖形通過半導(dǎo)體納米線連通， 之后利用電子束蒸發(fā)技術(shù)在兩對(duì)電極圖形上蒸鍍得到兩對(duì)金屬薄膜電極。通過半導(dǎo)體納米線連通的一對(duì)金屬薄膜電極4與半導(dǎo)體納米線3呈歐姆接觸。隨后，將預(yù)先合成的金屬納米線5分散在無(wú)水乙醇、去離子水或異丙醇中形成懸浮液，將懸浮液滴在絕緣層2上，對(duì)另一對(duì)金屬薄膜電極6的兩端加上交流電，金屬納米線5在交變的電場(chǎng)中被極化，沿著增加電場(chǎng)強(qiáng)度的方向移動(dòng)，直到施加交流電的一對(duì)金屬薄膜電極6分別與金屬納米線5的兩端接觸，金屬納米線5與半導(dǎo)體納米線3相交呈肖特基接觸，形成穩(wěn)定的金屬/半導(dǎo)體納米線交叉結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在本發(fā)明分別制備金屬納米線和半導(dǎo)體納米線，通過一次光刻，利用電場(chǎng)吸附作用， 即可直接完成異質(zhì)結(jié)的形成和器件制備，過程簡(jiǎn)單易行。此外，與半導(dǎo)體納米線呈肖特基接觸的金屬納米線還可以用作柵極，構(gòu)造金屬-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管。該異質(zhì)結(jié)由于具有很小的結(jié)點(diǎn)，更適用于納米光電探測(cè)器等領(lǐng)域，有望獲得更高的靈敏度和更快的探測(cè)速度。
四

圖1是本發(fā)明金屬/半導(dǎo)體納米線交叉結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)制備方法的流程圖。圖2是本發(fā)明金屬/半導(dǎo)體納米線交叉結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)器件的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1為硅片，2為絕緣層，3為半導(dǎo)體納米線，4為與半導(dǎo)體納米線連通的一對(duì)金屬薄膜電極，5為金屬納米線，6為與金屬納米線連通的一對(duì)金屬薄膜電極。
五具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的金屬/半導(dǎo)體納米線交叉結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)的制備方法，非限定實(shí)施例如下。實(shí)施例1 將清潔的帶有300nm SiO2絕緣層的硅片緊貼在通過化學(xué)氣相沉積法(CVD)生長(zhǎng)了 ρ型ZnS納米線的襯底，沿水平方向輕輕推動(dòng)硅片，通過定向的摩擦力，實(shí)現(xiàn)ZnS納米線在硅片上的均勻、水平分散，通過電子顯微鏡觀察，使其分散密度約為2-10根/mm2。均勻旋涂正性光刻膠后，利用特定掩模板進(jìn)行紫外曝光并顯影，光刻出2對(duì)電極圖形，每對(duì)電極尖端的距離為5 μ m，其中一對(duì)電極圖形通過半導(dǎo)體納米線連通。之后，利用電子束蒸發(fā)技術(shù)蒸鍍上50nm厚的金屬Au，作為歐姆接觸電極，接著用丙酮去除未曝光的光刻膠及其上方蒸鍍的金屬。隨后，取少量預(yù)先合成的Al納米線超聲分散在無(wú)水乙醇中形成懸浮液，用膠頭滴管吸取一滴滴在已制備好金屬電極的硅片上，使其分散密度約為2-10根/mm2，在另一對(duì)懸空的電極兩端加上一頻率1kHz，電壓30V S的交流電，使Al納米線在電場(chǎng)作用下移動(dòng)到相對(duì)的兩個(gè)電極上，連通電極并與ZnS納米線垂直相交，形成肖特基接觸的金屬/半導(dǎo)體納米線交叉結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。實(shí)施例2 將少量液相法預(yù)先合成的η型CdS納米線超聲分散在異丙醇中，用膠頭滴管吸取一滴，沿特定方向滴在略傾斜的清潔的帶有IOOnm HfO2絕緣層的硅片上，實(shí)現(xiàn)CdS納米線的水平分散，使其分散密度約為2-10根/mm2。待溶劑蒸發(fā)之后，均勻旋涂正性光刻膠后，紫外曝光并顯影，光刻出2對(duì)電極圖形，其中一對(duì)電極圖形通過半導(dǎo)體納米線連通。之后，利用電子束蒸發(fā)技術(shù)蒸鍍上80nm In/20nm Au的雙層金屬電極，作為歐姆接觸電極，接著用丙酮去除未曝光的光刻膠及其上方蒸鍍的金屬。隨后，將預(yù)先合成的Au納米線超聲分散在無(wú)水乙醇中形成懸浮液，滴在已制備好金屬電極的硅片上，分散密度約為2-10根/mm2。在另一對(duì)懸空的電極兩端加上一頻率 IkHz,電壓30Vms的交流電，使Au納米線在電場(chǎng)作用下移動(dòng)到相對(duì)的兩個(gè)電極上，連通電極并與CdS納米線相交，形成肖特基接觸的金屬/半導(dǎo)體納米線交叉結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)。
權(quán)利要求
1.金屬/半導(dǎo)體納米線交叉結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)的制備方法，其特征在于將半導(dǎo)體納米線(3) 水平分散在覆有絕緣層O)的硅片(1)上，通過一次紫外光刻的方法在絕緣層( 上制備兩對(duì)金屬薄膜電極，其中一對(duì)金屬薄膜電極(4)通過所述半導(dǎo)體納米線C3)連通，所述金屬薄膜電極(4)與半導(dǎo)體納米線(3)呈歐姆接觸；將分散有金屬納米線(5)的懸浮液滴在絕緣層(2)上，對(duì)另一對(duì)金屬薄膜電極(6)施加交流電場(chǎng)，使金屬納米線(5)吸附到金屬薄膜電極(6)上，所述金屬納米線(5)與所述半導(dǎo)體納米線(3)相交，呈肖特基接觸，形成金屬/ 半導(dǎo)體納米線交叉結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述半導(dǎo)體納米線(3)和所述金屬納米線(5)為長(zhǎng)度不小于ΙΟμπκ直徑小于Ιμπι的單晶結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述半導(dǎo)體納米線(3)為單質(zhì)半導(dǎo)體、II- VI族半導(dǎo)體化合物、I- VI族半導(dǎo)體化合物或III-V族半導(dǎo)體化合物；
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于所述單質(zhì)半導(dǎo)體為Si或Ge；所述 II- VI族半導(dǎo)體化合物為SiO、SiS、a^e、ZnTe、CdS、CcKe或CdTe ；所述I- VI族半導(dǎo)體化合物為CuO、CuS、CuSe或CuTe ；所述III-V族半導(dǎo)體化合物為GaAs或M2Sb3 ；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于當(dāng)所述半導(dǎo)體納米線(3)為η型半導(dǎo)體時(shí)，所述兩對(duì)金屬薄膜電極為包括In、Ti、Ag、Al中的一種或幾種，所述兩對(duì)金屬薄膜電極的功函低于所述半導(dǎo)體納米線(3)的功函；所述金屬納米線(5)為包括Pt、Au、Ni、Cu中的一種或幾種，所述金屬納米線的功函大于所述半導(dǎo)體納米線(3)與電子的親和力；當(dāng)所述半導(dǎo)體納米線(3)為ρ型半導(dǎo)體時(shí)，所述兩對(duì)金屬薄膜電極為包括Pt、Au、Ni、 Cu中的一種或幾種，所述兩對(duì)金屬薄膜電極的功函大于所述半導(dǎo)體納米線(3)的功函；所述金屬納米線(5)為包括h、Ti、Ag、Al中的一種或幾種，所述金屬納米線(5)的功函低于所述半導(dǎo)體納米線(3)與電子的親和力。
全文摘要
本發(fā)明公開了金屬/半導(dǎo)體納米線交叉結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)的制備方法，是通過一次紫外光刻的方法在半導(dǎo)體納米線上制備兩對(duì)金屬薄膜電極，其中一對(duì)金屬薄膜電極通過所述半導(dǎo)體納米線連通，與半導(dǎo)體納米線呈歐姆接觸；對(duì)另一對(duì)金屬薄膜電極施加交流電場(chǎng)，金屬納米線被吸附到施加交流電場(chǎng)的金屬薄膜電極對(duì)上，所述金屬納米線與所述半導(dǎo)體納米線相交呈肖特基接觸，形成金屬/半導(dǎo)體納米線交叉結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)。本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單易行，穩(wěn)定可靠，可以應(yīng)用到各種納米尺寸的包括肖特基二極管或以金屬納米線作為柵極的金屬-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管在內(nèi)的電子元件、光學(xué)元件中如納米光電探測(cè)器、氣體傳感器、太陽(yáng)能電池等。
文檔編號(hào)H01L21/329GK102244002SQ20111019787
公開日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2011年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月14日
發(fā)明者于永強(qiáng), 吳春艷, 周國(guó)方, 張梓晗, 揭建勝, 王莉, 胡治中 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)