專利名稱：低維納米材料顯微結構與電學性能測試裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種低維納米材料顯微結構與電學性能的測試裝置，更具體的是 一種通電狀態下原位實時動態的低維納米材料顯微結構-電學輸運性能相關性的測量裝置。
技術背景 透射電子顯微鏡在納米科學和技術領域是最為有力的研究工具之一。透射電子顯 微鏡的樣品桿是用來支撐被檢測樣品的。低維納米材料作為器件的基本結構單元，承載著 信息傳輸，存儲等重要功能。在半導體及信息工業中應用到的低維納米材料，在外場的作用 下，研究其顯微結構的變化和尺寸效應對器件單元內低維納米材料電荷輸運能力等性能的 影響，這對器件的靈敏度、效率、存儲單元的密度等實際應用具有非常重要的意義。而目前， 現有的技術手段只能在透射電鏡中對樣品進行靜態的觀測，得到低維納米材料顯微結構信 息，而在掃描電鏡中能原位地通電測量，但不能得到低維納米材料顯微結構方面的信息，通 電狀態下低維納米材料顯微結構與電學性能的測量難以做到
實用新型內容
針對現有技術存在的問題，本實用新型的目的是提供一種在透射電子顯微鏡中通 電狀態下原位測量低維納米材料顯微結構與電學性能的裝置。先制作承載低維納米材料的 裝置，然后將低維納米材料制作到本裝置上，在透射電鏡樣品桿中對本裝置通電，測量低維 納米材料的顯微結構與電學輸運性能，實時記錄低維納米材料微結構與電學性能的變化。 借助透射電鏡成像系統原位記錄低維納米材料的變化過程，從原子尺度上揭示低維納米材 料的電學輸運性能與微觀結構變化的相關性。為了實現上面的目的，是通過如下的技術方案來實現的本實用新型提供了一種低維納米材料顯微結構與電學性能測試裝置，其特征在 于在襯底的上方是非晶層，下方是阻擋層，阻擋層和襯底的中間部分被刻蝕掉形成 窗口，在非晶層上是金屬電極，金屬電極之間是低維納米材料，低維納米材料位于非晶層上 對著窗口的正上方，低維納米材料上是非晶阻擋層，金屬電極上引出導線。制備所述一種低維納米材料顯微結構與電學性能測試裝置，其特征在于，包括以 下步驟1.制作襯底，襯底上方生長一層薄膜作為可以讓電子束穿透的非晶層，襯底下方 生長一層的薄膜作為阻擋層；雙面套刻襯底非晶層涂膠，光刻形成電極圖案，在電極圖案 上鍍一層金屬作為金屬電極，去膠；阻擋層涂膠，光刻形成窗口圖案，用只腐蝕阻擋層的腐 蝕液腐蝕掉窗口內的阻擋層之后去膠；2.在非晶層上旋涂一層光刻膠，在非晶層上單面套刻出低維納米材料的形狀圖 案，該圖案生成在金屬電極之間，在光刻膠上生長一層低維納米材料，去膠之后形成低維納米材料，再在低維納米材料上生長非晶阻擋層，在非晶阻擋層上涂膠，光刻后用只腐蝕非晶 阻擋層的腐蝕液腐蝕掉金屬電極上的非晶阻擋層；3.放入只腐蝕襯底的腐蝕液中，腐蝕完襯底的中間部分之后形成最終窗口，洗凈 表面的雜質；4.將金屬電極用導線引出，連接到透射電鏡樣品桿上，置入透射電鏡中。本實用新型具有如下優點1.本實用新型對透射電鏡中承載低維納米材料的裝置進行了獨特的結構設計， 實現在透射電鏡中原位地對低維納米材料加電，從最佳的晶帶軸觀測高分辨圖像，實現X， Y兩個方向最大角度的傾轉，提供了一種低維納米材料原位電學性能測試方法，具有性能可 靠，安裝方便，結構簡單的特點。2.本實用新型應用于低維納米材料的電學性能研究，應用范圍廣，研究對象豐富。 對于用光刻工藝制作的低維納米材料，能通過此種方法對其進行電學性能的原位觀察監 控。3.本實用新型提供了一種轉移、固定低維納米材料的方法，可以同時對低維納米 材料進行通電測量，可以在原子點陣分辨率下，原位地測量低維納米材料的顯微結構與電 學性能的相關性。
圖1透射電鏡微柵器件主視圖圖2圖1的仰視圖圖3圖1的俯視圖1、阻擋層；2、襯底；3、非晶層；4、金屬電極；5、光刻對準標記；6、窗口 ；7、低維納 米材料；8、非晶阻擋層；9、導線
具體實施方式
本實用新型通過對裝置通電，對低維納米材料進行原位通電測試，通過如下步驟 實施具體的，承載低維納米材料的裝置從下到上依次為使用SiO2作為阻擋層1，硅片 作為襯底2，SiN作為非晶層3，在非晶層3上使用的是金作為金屬電極4和光刻對準標記 5，SiO2阻擋層和硅片被刻蝕形成的是窗口 6，金電極之間使用GeSbTe相變材料作為低維納 米材料7，GeSbTe相變材料在窗口 6的正上方，GeSbTe相變材料之上使用的是SiN作為非 晶阻擋層8。應用上述裝置進行通電狀態下低維納米材料顯微結構與電學性能的測試方法，其 特征在于包括以下步驟1.制作100-500 μ m的襯底2，上方生長一層厚度在0. 03-0. 3 μ m的薄膜作為可以 讓電子束穿透的非晶層3，下方生長一層0. 05-0. 5 μ m的薄膜作為刻蝕阻擋層1。雙面套刻 襯底非晶層3涂膠，光刻形成電極圖案，在電極圖案上鍍一層金屬作為金屬電極4，去膠； 阻擋層1涂膠，光刻形成窗口圖案，腐蝕掉窗口內的阻擋層，腐蝕液只腐蝕阻擋層，腐蝕完 窗口內的阻擋層之后去膠。[0024]2.在非晶層3上旋涂一層光刻膠，在非晶層上根據光刻對準標記5單面套刻出低 維納米材料的形狀圖案，該圖案生成在金屬電極4之間，在光刻膠上生長一層低維納米材 料，去膠之后形成低維納米材料7，再在低維納米材料上生長一層厚度在0. 03-0. 3 u m的非 晶阻擋層8，在非晶阻擋層8上涂膠，光刻后腐蝕掉金屬電極上的非晶阻擋層8，腐蝕液只腐 蝕非晶阻擋層8。3.放入只腐蝕襯底2的腐蝕液中，腐蝕完成之后形成窗口 6，拿出樣品洗凈表面的 雜質。4.將金屬電極4用導線9引出，連接到透射電鏡樣品桿上，置入透射電鏡中。制作和測試的方法具體為通過PECVD (等離子體化學氣相沉積法)的方法生長 Si02，其厚度為0. 5 ii m ；硅片厚度為200 u m,直徑為2英寸，P型重摻雜，電阻率為5 Q . cm， 經過雙面拋光，晶向為<100> ；通過PECVD的方法生長SiN，其厚度為0. 1 y m。制作兩片用 于雙面套刻的2. 5英寸光刻掩膜板，先在硅片的上方涂膠，光刻形成上方的電極圖案，在其 上鍍一層金電極，去膠，再在硅片的下方涂膠，光刻形成用于刻蝕的窗口，用稀HF溶液腐蝕 掉窗口內的Si02，去膠。在承載裝置的上方旋涂一層光刻膠PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)，單 面套刻出低維線條，線條的寬度從0. 02 u m-2 u m,線條的兩端連接在金電極上，在上方濺鍍 一層0. 05 ii m厚的GeSbTe相變材料，將襯底放入丙酮中超聲清洗，得到不同線寬的GeSbTe 線條，再在上方低溫PECVD生長一層厚度在0. 2 y m的SiN層。再制作一片2. 5英寸的光刻 掩膜板，在SiN層上涂膠，光刻形成用于刻蝕的窗口，用ICP(電感耦合等離子體)刻蝕去掉 金屬電極上的SiN，去膠。將做好的硅片切割成2. 15*2. 15mm的方塊微柵，放入EDP腐蝕液中，溶液的溫度控 制在80-100°C，經過3個多小時的刻蝕，拿出樣品并在丙酮內清洗三次以上。在光鏡下用壓 焊機將金電極用金絲線引出，再將金絲線焊接在帶有通電功能的透射電鏡樣品桿上。對裝置進行原位通電，GeSbTe相變材料的微觀結構產生變化，通過高分辨原位成 像系統記錄整個變化過程，測量得到低維納米材料在通電狀態下的顯微結構與電學輸運性 能的相關性。
權利要求一種低維納米材料顯微結構與電學性能測試裝置，其特征在于在襯底的上方是非晶層，下方是阻擋層，阻擋層和襯底的中間部分被刻蝕掉形成窗口，在非晶層上是金屬電極，金屬電極之間是低維納米材料，低維納米材料位于非晶層上對著窗口的正上方，低維納米材料上是非晶阻擋層，金屬電極上引出導線。
專利摘要本實用新型涉及低維納米材料顯微結構與電學性能的測試裝置,該裝置在襯底的上方是非晶層，下方是阻擋層，阻擋層和襯底的中間部分被刻蝕掉形成窗口，在非晶層上是金屬電極，金屬電極之間是低維納米材料，低維納米材料位于非晶層上對著窗口的正上方，低維納米材料上是非晶阻擋層，金屬電極上引出導線。本實用新型可以在原子點陣分辨率下，原位地測量低維納米材料的顯微結構與電學性能的相關性。
文檔編號G01N23/04GK201637699SQ20092010702
公開日2010年11月17日 申請日期2009年5月15日 優先權日2009年5月15日
發明者劉攀, 張澤, 韓曉東 申請人:北京工業大學