本發(fā)明涉及微電子領(lǐng)域，尤其是一種基于gan水平納米線交叉結(jié)的多端電子器件制備方法。

背景技術(shù)：

由于傳統(tǒng)光電子器件都是建立在平面薄膜工藝上，其進(jìn)一步發(fā)展受到了很大的制約。這最大的問(wèn)題在于，薄膜上外延生長(zhǎng)時(shí)與襯底的晶格失配及熱失配將會(huì)給生長(zhǎng)的材料帶來(lái)大量的位錯(cuò)與缺陷。跟傳統(tǒng)的平面結(jié)構(gòu)相比，納米線由于維度的降低，表現(xiàn)出很多優(yōu)異的性能。由于其小尺寸效應(yīng)，納米柱或納米線結(jié)構(gòu)能較好得使應(yīng)力弛豫來(lái)適應(yīng)晶格失配問(wèn)題；且比表面積較平面結(jié)構(gòu)大，位錯(cuò)比較容易向納米柱側(cè)壁彎曲而得以終止；因此可以得到無(wú)位錯(cuò)晶體。位錯(cuò)密度的減小，最終可以提高器件的性能。另一方面，由于維度的顯著減少，iii-氮化物納米線也為未來(lái)器件及系統(tǒng)的尺寸縮小提供了可行的方法。一維體系的納米材料是可以有效傳輸電子和光學(xué)激子的最小維度結(jié)構(gòu)，也是納米機(jī)械器件和納米電子器件的最基本結(jié)構(gòu)單元。gan材料作為重要的半導(dǎo)體材料，其優(yōu)良特性使得gan納米線在微納光電器件、光電探測(cè)器件、電子器件、環(huán)境和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有更廣泛的潛在應(yīng)用前景，現(xiàn)如今人們通過(guò)利用mocvd、mbe等昂貴生長(zhǎng)設(shè)備已經(jīng)能夠成功制備出高質(zhì)量的gan納米線，并且能夠應(yīng)用于光電探測(cè)器和場(chǎng)效應(yīng)晶體管等光電子器件。

通過(guò)縮小電子器件的尺寸來(lái)提高芯片的工作速度和集成度、減小芯片功耗密度一直是微電子工業(yè)發(fā)展所追求的目標(biāo)。在過(guò)去幾十年里，微電子工業(yè)發(fā)展一直遵循摩爾定律。目前微電子工業(yè)領(lǐng)域工藝水平越來(lái)越來(lái)高，電子產(chǎn)品的集成度要求也越來(lái)越高。

一維的納米結(jié)構(gòu)具有比表面積大、單晶結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，因此一維納米結(jié)構(gòu)成為構(gòu)造新型納米光電器件的構(gòu)筑單元。高晶體質(zhì)量的一維gan納米線具有高載流子遷移率、高熱和化學(xué)穩(wěn)定性。相對(duì)于薄膜結(jié)構(gòu)，一維納米結(jié)構(gòu)具有更少的缺陷，材料質(zhì)量更好。

到目前為止，大量不同形貌和有趣結(jié)構(gòu)的gan納米或微米材料已成功地合成，如納米線、納米帶、納米管等。gan材料是一種寬禁帶直接帶隙化合物半導(dǎo)體材料，禁帶寬度為3.4ev，其優(yōu)良特性使得gan納米線能夠應(yīng)用于微納光電器件、光電探測(cè)器件、電子器件、環(huán)境和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。而且它在器件尺寸的不斷縮小，低能耗方面有顯著優(yōu)勢(shì)。

目前半導(dǎo)體納米線交叉結(jié)的獲得都是通過(guò)控制材料的生長(zhǎng)方向，一方面在三維空間中存在極小的概率使得部分納米線能夠相互接觸，從而獲得不同結(jié)構(gòu)的交叉結(jié)，另一方面在三維立體空間獲得的納米線交叉結(jié)需要經(jīng)過(guò)一定的切割轉(zhuǎn)移到襯底上才能實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。

由于在三維立體空間通過(guò)隨機(jī)接觸獲得的半導(dǎo)體納米線交叉結(jié)的尺寸都很小，一般的納米線長(zhǎng)度都在幾微米左右，而且在切割轉(zhuǎn)移過(guò)程中還會(huì)對(duì)其進(jìn)一步損害，這就限制了其以后的應(yīng)用，所以現(xiàn)在都是利用昂貴的電子束曝光或聚焦離子束工藝在納米線交叉結(jié)端口制作電極從而實(shí)現(xiàn)器件制作以及應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是：提供一種基于與襯底緊密結(jié)合的gan水平納米線交叉結(jié)的多端電子器件制備方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于gan水平納米線交叉結(jié)的多端電子器件制備方法，包括有以下步驟：

將襯底進(jìn)行有機(jī)清洗和無(wú)機(jī)清洗；

使用真空鍍膜機(jī)在襯底表面蒸鍍金屬薄膜；

在hvpe設(shè)備中翻轉(zhuǎn)襯底，使襯底上蒸鍍有金屬薄膜的一面向下并且與下方石墨盤(pán)之間設(shè)置有一定間隙，通過(guò)vls方法在襯底上生長(zhǎng)納米線交叉結(jié)；

將生長(zhǎng)有納米線交叉結(jié)的襯底經(jīng)過(guò)王水處理；

在經(jīng)過(guò)王水處理的襯底上光刻電極圖案；

使用真空鍍膜機(jī)在光刻有電極圖案襯底上蒸鍍金屬；

對(duì)襯底進(jìn)行退火處理形成歐姆接觸。

進(jìn)一步，所述襯底為藍(lán)寶石襯底。

進(jìn)一步，將襯底進(jìn)行有機(jī)清洗和無(wú)機(jī)清洗的步驟具體為：將襯底放進(jìn)4:1的硫酸、雙氧水中浸泡4min，取出后用去離子水沖洗兩遍；將襯底放入丙酮溶液中80℃超聲清洗10min，接下來(lái)再放入乙醇溶液中80℃超聲清洗10min，取出后用去離子水沖洗兩遍。

進(jìn)一步，使用真空鍍膜機(jī)在襯底表面蒸鍍的金屬薄膜為2nm/2nm的ni/au。

進(jìn)一步，通過(guò)vls方法在襯底上生長(zhǎng)納米線交叉結(jié)時(shí)，襯底上蒸鍍有金屬薄膜的一面與石墨盤(pán)之間設(shè)置有1mm間隙。

進(jìn)一步，通過(guò)vls方法在襯底上生長(zhǎng)納米線交叉結(jié)的生長(zhǎng)條件：溫度為980℃，gacl流量為10sccm，nh3流量為10sccm，時(shí)間為4min。

進(jìn)一步，將生長(zhǎng)有納米線交叉結(jié)的襯底經(jīng)過(guò)王水處理的步驟具體為：襯底放入王水中浸泡30s。

進(jìn)一步，在經(jīng)過(guò)王水處理的襯底上光刻電極圖案的具體步驟為：通過(guò)勻膠、曝光、顯影工序在生長(zhǎng)有納米線交叉結(jié)的襯底上光刻電極圖案。

進(jìn)一步，使用真空鍍膜機(jī)在光刻有電極圖案襯底上蒸鍍的金屬為50nm/300nm的ti/au。

進(jìn)一步，對(duì)襯底進(jìn)行退火處理形成歐姆接觸的條件：溫度為250℃，時(shí)間為15min。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過(guò)在蒸鍍有金屬薄膜的一面與石墨盤(pán)之間設(shè)置一定間隙，保證氣流通常，同時(shí)能控制水平納米線交叉結(jié)在二維平面的生長(zhǎng)，生成的水平gan納米線交叉結(jié)與襯底緊密相連，無(wú)需進(jìn)行轉(zhuǎn)移，增強(qiáng)器件性能穩(wěn)定性，并且納米線尺寸在幾十微米以上，在后續(xù)的器件制作過(guò)程中無(wú)需使用昂貴的電子束光刻方法，只需要使用普通光刻就可以實(shí)現(xiàn)電極制作和器件應(yīng)用，制備成本低。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明方法的步驟流程圖；

圖2為常規(guī)方法生長(zhǎng)納米線時(shí)石墨盤(pán)和襯底相對(duì)位置示意圖；

圖3為常規(guī)方法生長(zhǎng)的納米線示意圖；

圖4為本發(fā)明方法生長(zhǎng)納米線時(shí)石墨盤(pán)和襯底相對(duì)位置示意圖；

圖5為本發(fā)明方法第一具體實(shí)施例生長(zhǎng)的納米線示意圖；

圖6為本發(fā)明方法第二具體實(shí)施例生長(zhǎng)的納米線示意圖；

圖7為本發(fā)明方法第一具體實(shí)施例制備的器件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明方法第二具體實(shí)施例制備的器件結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步說(shuō)明：

參照?qǐng)D1，一種基于gan水平納米線交叉結(jié)的多端電子器件制備方法，包括有以下步驟：

將襯底進(jìn)行有機(jī)清洗和無(wú)機(jī)清洗；

使用真空鍍膜機(jī)在襯底表面蒸鍍金屬薄膜；

在hvpe(hydridevaporphaseepitaxy)設(shè)備中翻轉(zhuǎn)襯底，使襯底上蒸鍍有金屬薄膜的一面向下并且與下方石墨盤(pán)之間設(shè)置有一定間隙，通過(guò)vls(vaporliquidsolid)方法在襯底上生長(zhǎng)納米線交叉結(jié)；

常規(guī)方法如圖2所示，當(dāng)襯底放置于石墨盤(pán)上時(shí)，襯底上蒸鍍有金屬薄膜的一面向上，如圖中陰影部分所示，而在生長(zhǎng)的納米線如圖3所示，不僅難以獲得需要的納米線交叉結(jié)，而且需要對(duì)生成的納米線交叉結(jié)進(jìn)行轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移還需要花費(fèi)大量精力和財(cái)力，在轉(zhuǎn)移過(guò)程中很容易損壞。

本發(fā)明方法中，在hvpe設(shè)備中翻轉(zhuǎn)襯底，如圖4所示，襯底上蒸鍍有金屬薄膜的一面向下，如圖中陰影部分所示；金屬薄膜與石墨盤(pán)之間的間隙能使氣源流暢通過(guò)，同時(shí)使納米線與襯底緊密結(jié)合，配合對(duì)納米線在二維平面上生長(zhǎng)方向的控制，能夠大規(guī)模的獲得所需要的納米線交叉結(jié)，例如通過(guò)減少gacl氣體流量來(lái)改變生長(zhǎng)環(huán)境中的v/iii比，故而催化劑組成能夠影響液態(tài)金屬催化劑液滴的界面能，從而達(dá)到控制納米線的生長(zhǎng)方向。與常規(guī)制備方法相比，本發(fā)明方法還節(jié)省了轉(zhuǎn)移步驟，同時(shí)，在二維空間生長(zhǎng)的納米線結(jié)的尺寸都在幾十微米以上，故而在后續(xù)的器件制作過(guò)程中無(wú)需使用昂貴的電子束光刻方法，只需要使用普通光刻就可以實(shí)現(xiàn)電極制作和器件應(yīng)用。

將生長(zhǎng)有納米線交叉結(jié)的襯底經(jīng)過(guò)王水處理；

在經(jīng)過(guò)王水處理的襯底上光刻電極圖案；

使用真空鍍膜機(jī)在光刻有電極圖案襯底上蒸鍍金屬；

對(duì)襯底進(jìn)行退火處理形成歐姆接觸。

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述襯底為藍(lán)寶石襯底。

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，將襯底進(jìn)行有機(jī)清洗和無(wú)機(jī)清洗的步驟具體為：將襯底放進(jìn)4:1的硫酸、雙氧水中浸泡4min，取出后用去離子水沖洗兩遍；將襯底放入丙酮溶液中80℃超聲清洗10min，接下來(lái)再放入乙醇溶液中80℃超聲清洗10min，取出后用去離子水沖洗兩遍。

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，使用真空鍍膜機(jī)在襯底表面蒸鍍的金屬薄膜為2nm/2nm的ni/au。

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，通過(guò)vls方法在襯底上生長(zhǎng)納米線交叉結(jié)時(shí)，襯底上蒸鍍有金屬薄膜的一面與石墨盤(pán)之間設(shè)置有1mm間隙；將間隙設(shè)置為1mm能夠在是氣源流暢通過(guò)的情況下，將生長(zhǎng)的納米線控制在二維平面空間中，使之被的納米線交叉結(jié)與襯底緊密結(jié)合。

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，通過(guò)vls方法在襯底上生長(zhǎng)納米線交叉結(jié)的生長(zhǎng)條件：溫度為980℃，gacl流量為10sccm，nh3流量為10sccm，時(shí)間為4min。

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，將生長(zhǎng)有納米線交叉結(jié)的襯底經(jīng)過(guò)王水處理的步驟具體為：襯底放入王水中浸泡30s。

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，在經(jīng)過(guò)王水處理的襯底上光刻電極圖案的具體步驟為：通過(guò)勻膠、曝光、顯影工序在生長(zhǎng)有納米線交叉結(jié)的襯底上光刻電極圖案。

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，使用真空鍍膜機(jī)在光刻有電極圖案襯底上蒸鍍的金屬為50nm/300nm的ti/au。

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，對(duì)襯底進(jìn)行退火處理形成歐姆接觸的條件：溫度為250℃，時(shí)間為15min。

作為本發(fā)明第一具體實(shí)施例，如圖5所示，利用hvpe設(shè)備在蒸鍍有金屬薄膜的藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)水平納米線x型結(jié)，通過(guò)普通光刻制作電極l、u、r、d后的多端電子器件結(jié)構(gòu)如圖6所示。

作為本發(fā)明第二具體實(shí)施例，如圖7所示，利用hvpe設(shè)備在蒸鍍有金屬薄膜的藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)水平納米線t型結(jié)，通過(guò)普通光刻制作電極后的多端電子器件結(jié)構(gòu)如圖8所示。

以圖8所示的t型納米線結(jié)多端電子器件為例，可將其應(yīng)用于混頻，例如在電極l和r兩端分別輸入不同的正弦信號(hào)：

其中al＝ar＝100mv、fl＝1mhz、fr＝9mhz。

可在t端測(cè)試信號(hào)最強(qiáng)的三個(gè)峰值分別在1、9、10mhz處，次強(qiáng)峰值都出現(xiàn)在與fl和fr的相關(guān)頻率。

除以上實(shí)施例外，本發(fā)明利用普通光刻方法制作電極形成的多端電子器件能夠廣泛應(yīng)用于信號(hào)的混頻、倍頻、相位差檢測(cè)等

以上是對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施進(jìn)行了具體說(shuō)明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實(shí)施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可以作出種種的等同變換或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請(qǐng)權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。