一種硅懸臂梁結構及其制備方法
【專利說明】一種硅懸臂梁結構及其制備方法
[0001]
技術領域
[0002]本發明涉及一種以列陣式硅鍺異質結納米線為敏感源的硅懸臂梁結構，還涉及上述懸臂梁結構的制備方法，屬于微納機電領域。
【背景技術】
[0003]隨著工藝技術的不斷革新，微納機電系統技術作為一個前景無限的交叉學科，已經實現了基本的起步，甚至已有一些方面實現了應用，而且未來的發展也勢必是大勢所趨。而如今隨著對小尺寸發展趨勢的要求，納米技術也越來越多的應用到了微納機電系統中來，納米工藝也在不斷提高的要求下取得了長足的進步。而納機電系統這個大領域內，新型納米結構，工藝制備方法等小方向已經引起了諸多科研工作者的注意。尤其是納米線在傳感方向的潛在應用。目前的技術背景下，由于硅工藝的成熟發展，人們多利用硅納米線的壓阻效應來開發一些新型的壓力傳感結構。但是隨著技術的革新，除了單一的硅納米線、鍺納米線以外，硅鍺異質結納米線同樣吸引大批科研工作者進行研宄，并且發現，硅鍺異質結納米線相對于單一的硅納米線或者鍺納米線具有更靈敏的壓阻特性。這就為納米尺寸下的壓力傳感器的制作提供的更多可能性，對于目前大尺寸傳感器靈敏度和精確度的提高有很大的幫助。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是提供一種以列陣式硅鍺異質結納米線為敏感源的硅懸臂梁結構，本發明硅懸臂梁結構采用列陣式硅鍺異質結納米線作為敏感源，使本發明硅懸臂梁結構具有更高的靈敏度和精確度。
[0005]本發明還要解決的技術問題是提供上述以列陣式硅鍺異質結納米線為敏感源硅懸臂梁結構的制備方法。
[0006]
【發明內容】
:為解決上述技術問題，本發明所采用的技術手段為:
一種硅懸臂梁結構，包括帶懸臂梁的硅片基底，在所述懸臂梁上刻蝕有凹槽，所述凹槽兩個側壁上分別設有多個圓孔結構，且兩個側壁上的圓孔結構呈一一對稱設置，每個所述圓孔結構上淀積有錫納米催化劑層，每對呈一一對稱設置的圓孔結構之間通過硅鍺異質結納米線連接，所述娃鍺異質結納米線呈列陣結構排布。
[0007]其中，所述娃鍺異質結納米線的半徑為20~80納米，所述娃鍺異質結納米線陣列的密度為30~80每平方微米。
[0008]其中，所述錫納米催化劑層的半徑為5~10納米，所述錫納米催化劑層的密度為500-1200每平方微米。
[0009]上述硅懸臂梁結構的制備方法，包括如下步驟:
步驟1，預處理步驟，對單晶硅片表面進行熱氧化處理，得到表面覆蓋有二氧化硅層的單晶硅片；
步驟2，利用所需圖形的鉻版作掩膜版，在步驟I單晶硅片的下表面光刻出一個矩形窗口，以二氧化硅為掩膜，將單晶硅片在KOH腐蝕液中腐蝕，得到窗口的深度為225um ；
步驟3，利用所需圖形的鉻版作掩膜版，在步驟2單晶硅片的上表面涂膠，將單晶硅片的上、下表面均對準光刻掩膜版，利用SUSS光刻機在單晶硅片的上表面蝕刻出開口結構；步驟4，利用所需圖形的鉻版作掩膜版，在步驟3單晶硅片的上表面甩膠套刻出凹槽結構，利用光刻膠作為掩膜層，采用干法刻蝕硅法使步驟3的開口結構深度達到10um，刻蝕硅完成后去除光刻膠和單晶硅片下表面的導熱油并用去離子水清洗干凈；
步驟5，將步驟4的單晶硅片置于溫度78°C、質量百分比為40%的KOH溶液中進行腐蝕，直至光刻膠掩膜脫落，凹槽結構被向下刻蝕lOum，形成懸臂梁所需的凹槽結構；
步驟6，將步驟5的單晶硅片正面涂膠烘干形成保護層，在氫氟酸緩沖液中去除懸臂梁背面的氧化層，去除正面的光刻膠然后從背面利用ICP干法釋放懸臂梁；
步驟7，用光刻定位法先去除步驟5凹槽側壁上的氧化層，再在側壁上刻出圓孔結構； 步驟8，利用電沉積法在步驟7圓孔結構上沉積出錫納米催化劑層；
步驟9，將步驟8的單晶硅片置于450-470°C溫度下，先向容器中注入苯硅烷液體，熱分解產生硅烷氣體，將硅烷氣體作為前導氣體，利用前導氣體在錫納米催化劑層表面生長出硅納米片段；接著將溫度降至420-440°C，停止硅納米片段的生長，向容器中注入三苯基鍺烷液體，熱分解產生鍺烷氣體，將鍺烷氣體作為前導氣體，在硅納米片段上生長鍺納米片段；如此反復形成突變界面的硅鍺異質結納米線，直至該硅鍺異質結納米線連接到相對側壁上的圓孔結構。
[0010]其中，步驟I中，所述二氧化硅層的厚度為1.2um。
[0011]其中，步驟8中，具體的操作方法為:將步驟7的單晶硅片浸沒在由混合溶液和表面活性劑組成的微乳液中，對微乳液超聲處理20-40分鐘，即可在圓孔結構上沉積出半徑為5-10納米、密度為500-1200每平方微米的錫納米催化劑層；其中，所述混合溶液與表面活性劑的體積比為1:6~15，所述混合溶液由濃度為0.01-0.05 mo I/L的錫鹽溶液和濃度為0.2-0.4 mol/L的氫氟酸溶液組成，表面活性劑為順丁烯二酸二異辛酯磺酸鹽和正庚烷溶液組成，所述表面活性劑的濃度為0.2-0.4mol/L?
[0012]有益效果:相比于現有技術中硅懸臂梁結構采用單一硅納米線或單一鍺納米線作為敏感源，本發明硅懸臂梁結構采用硅鍺異質結納米線作為敏感源，硅鍺異質結納米線比單一的硅納米線或單一的鍺納米線具有更靈敏的壓阻特性，另外，本發明硅懸臂梁結構中的硅鍺異質結納米線采用陣列方式排布，能夠有效解決采用單根納米線導致硅懸臂梁結構出現靈敏度和精確度不佳的問題，本發明硅懸臂梁結構具有高靈敏度和精確度；本發明制備方法中采用鉻版作為掩膜版，鉻版能夠使光刻圖形的分辨率更高，從而使本發明硅懸臂梁結構更加精細，本發明制備方法工藝簡單、成本低，適用于工業化生產。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明硅懸臂梁結構的結構示意圖；
圖2為在圓孔結構上沉積出錫納米催化劑層；
圖3為在錫納米催化劑層表面生長出硅納米片段； 圖4為在硅納米片段上生長鍺納米片段；
圖5為在鍺納米片段上生長硅納米片段；
圖6為本發明制備方法中步驟2得到的產品橫截面圖；
圖7為本發明制備方法中步驟3得到的產品橫截面圖；
圖8為本發明制備方法中步驟4得到的產品橫截面圖；
圖9為本發明制備方法中步驟5得到的產品橫截面圖；
圖10為本發明制備方法中步驟6得到的產品橫截面圖；
圖11為本發明制備方法中步驟7得到的產品橫截面圖；
圖12為本發明制備方法中步驟8得到的產品橫截面圖；
圖13為本發明制備方法中步驟9得到的產品橫截面圖。
[0014]其中，娃片基底I ;圓孔結構2 ;凹槽3 ;娃鍺異質結納米線4 ;懸臂梁5 ;娃納米片段6 ;鍺納米片段7 ;錫納米催化劑層8 ;二氧化娃層9 ;娃杯窗口 10 ;開口結構11 ;氧化層12 ;光刻膠層13。
【具體實施方式】
[0015]下面結合具體實施例進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。
[0016]如圖1所示，本發明的以硅鍺異質結納米線為敏感源的硅懸臂梁結構，包括帶懸臂梁5的硅片基底1，在懸臂梁上4刻蝕有凹槽3，凹槽3兩個側壁上分別設有多個圓孔結構2，且兩個側壁上的圓孔結構2呈一一對稱設置，每個圓孔結構2上淀積有錫納米催化劑層8，每對呈一一對稱設置的圓孔結構2之間通過硅鍺異質結納米線4連接，硅鍺異質結納米線4呈列陣結構排布；娃鍺異質結納米線4的半徑為20~80納米，娃鍺異質結納米線4陣列的密度為30~80每平方微米。
[0017]圖2~5為本發明硅懸臂梁結構中硅鍺異質結納米線的生長流程圖。
[0018]圖6~13為本發明硅懸臂梁結構制備方法的流程圖，本發明硅懸臂梁結構的制備方法，包括如下步驟:
步驟1，預處理步驟:選用2英寸的η型(100)雙面拋光單晶硅片1，單晶硅片I的厚度為250um，電阻率為3~6 Ω /cm,首先分別使用I號和2號清洗液(I號清洗液主要成分丙酮；2號清洗液主要成分為去離子水)對單晶硅片I進行清洗，