專利名稱：一種制備P型SiC納米線場效應管的方法
技術領域：
本發明涉及一種制備P型SiC納米線場效應管的方法，屬于材料制備技術領域。
背景技術：
哈佛大學科學家Lieber教授認為“一維體系是可用于電子有效傳播及光激發的 最小維度結構，因此可能成為實現納米器件集成與功能的關鍵”。據報道，目前國外已有數 家單位研制出的性能較好的基于Si納米線的納電子晶體管，這為一維納米線在納電子器 件的應用展現了誘人的前景。所以，基于一維納米結構的器件研發已成為全球科技的研究 熱點和焦點。而場效應晶體管，由于其在微電子工業中的重要性，已經成為研究一維納米結 構電輸運性能的主要器件之一，這是因為它的納米結構可賦予場效應晶體管更為優異的性 能。SiC是繼第一代(Si)和第二代(GaAs)半導體材料之后發展起來的第三代半導體 材料。與其傳統體材料相比，低維納米SiC結構具有優異的物理和化學性能，比如高的禁 帶寬度、高的臨界擊穿電場和熱導率、小的介電常數和較高的電子飽和遷移率，以及抗輻射 能力強、機械性能好等特性，成為制作高頻、大功率、低能耗、耐高溫和抗輻射器件的理想材 料。在國內外，對SiC納米結構的電學性能已有了初步研究，對SiC納米線場效應管的 研究也取得了一定的成果，但所報道的均為基于SiC納米線的N型場效應管，而基于P型 SiC納米線制備的場效應管未見報道。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種制備基于P型SiC納米線的場效應管的新 方法。本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為該P型SiC納米線場效應管的制 備方法包括以下具體步驟(1)聚合物前驅體和硝酸鋁的混合物熱交聯固化和粉碎；(2)將粉碎得到的粉末置于Al2O3坩堝的底部，在其上方放置C(碳)基板；(3)將Al2O3坩堝置于氣氛燒結爐中，在Ar氣氛保護下于1350 1550°C范圍內進 行高溫熱解，保溫5 120min ；(4)隨爐冷卻至室溫，由此可在C基板上得到原位摻雜Al的SiC納米線；(5)將得到的原位摻雜Al的SiC納米線分散在乙醇溶液里，將此懸浮液旋涂在含 氧化層的硅片上，采用光刻-蒸鍍-剝離工藝在SiC納米線兩端分別制作源電極和漏電極， 器件的硅襯底被用作為背柵極。所述步驟(1)中，使用的原料為聚硅氮烷，熱交聯在氣氛燒結爐中進行，工藝為 260°C熱解保溫30 120min，保護氣體為Ar或隊，然后球磨粉碎。所述步驟(1)中，硝酸鋁含量是聚硅氮烷質量分數的0. 01% 5%。
所述步驟(3)中，所采用的熱解設備為石墨電阻氣氛燒結爐。所述步驟(5)中，所采用的硅片為N型或P型硅片，氧化層厚度為IOOnm 800nm， 源、漏電極為Ti/Au或Ni/Au或Au或Pt。與現有技術相比，本發明的優點在于與已報道的沒有摻雜的SiC納米線場效應管相比，本發明實現了 P型SiC納米線 場效應管的制備
圖1為本發明SiC場效應管的結構示意圖；圖2為本發明實施例一所制得的單晶SiC納米線的掃描電鏡(SEM)圖；圖3為本發明實施例一所制得的單晶SiC納米線的X衍射(XRD)圖；圖4為本發明實施例一所制得的單晶SiC納米線的能譜(EDS)圖；圖5為本發明實施例一所制得的基于單根SiC納米線的場效應管的掃描電鏡 (SEM)圖；圖6為本發明實施例一所制得的場效應管在不同的柵電壓(Ve)下源漏電流和源 漏電壓(Ids-Vds)曲線圖；圖7為本發明實施例一所制得的場效應管在源漏電壓為0. 5V的情況下源漏電流 和柵電壓(Ids-Vc)曲線圖。
具體實施例方式以下結合附圖實施例對本發明作進一步的詳細描述。實施例一初始原料選取聚硅氮烷和占其質量分數的硝酸鋁混合均勻后，在N2氣氛保護 下于^KTC保溫30min進行熱交聯固化。將固化得到的固體裝入尼龍樹脂球磨罐中，球磨 粉碎成粉末，裁取20 X 6 X 4mm (長X寬X厚)C基板，傾斜置于氧化鋁坩堝中，并放在石墨 電阻氣氛燒結爐中。氣氛爐先抽真空至10 201 ，再充入高純Ar氣(99.99% )，直至壓 力為一個大氣壓( 0. IlMpa)，此后壓力恒定。然后以30°C /min的速率從室溫快速升溫 至1550°C。在1550°C下保溫lOmin，然后隨爐冷卻。在C基板上生長的SiC低維納米結構 SEM、XRD和EDS如圖2 4所示，表明所制備的納米結構為摻Al的3C_SiC單晶。將得到的 原位摻雜Al的SiC納米線分散在乙醇溶液里，將此懸浮液旋涂在有300nm氧化層的N型硅 片上，采用光刻-蒸鍍-剝離工藝在SiC納米線兩端分別制作Ni/Au (10/200nm)源、漏電極， 此器件的硅襯底可作背柵極，所制得的基于單根SiC納米線的場效應管的掃描電鏡(SEM) 圖如圖5所示。所制得的場效應管在不同的柵電壓(Ve)下源漏電流和源漏電壓(Ids-Vds) 曲線如圖6所示；制得的場效應管在源漏電壓為0. 5V的情況下源漏電流和柵電壓(Ilis-Ve) 曲線如圖7所示，圖6和圖7均表明所制得的場效應管的源漏電流隨著柵電壓的增加而降 低，為P型場效應管。
權利要求
1.一種制備基于P型SiC納米線的場效應管的新方法，其包括以下具體步驟(1)有機前驅體聚硅氮烷與一定量的硝酸鋁的混合物混合均勻后在保護氣氛隊或Ar 氣氣氛下，于260°C進行低溫交聯固化，得到非晶態固體；(2)將非晶態固體在球磨機中進行球磨粉碎；(3)將粉碎得到的粉末置于Al2O3坩堝的底部，在其上方放置C基板；(4)將Al2O3坩堝置于氣氛燒結爐中，在Ar氣氛保護下于1350 1550°C范圍內進行高 溫熱解，保溫5 120min ；(5)隨爐冷卻至室溫，由此可在C基板上得到原位摻雜Al的SiC納米線；(6)將得到的原位摻雜Al的SiC納米線分散在乙醇溶液里，將此懸浮液旋涂在有氧化 層的硅片上，采用光刻-蒸鍍-剝離工藝在SiC納米線兩端分別制作源電極和漏電極，并以 硅襯底作背柵極。
2.根據權利要求1所述的制備P型SiC納米線的場效應管的方法，其特征在于所述 步驟(1)中使用的硝酸鋁含量是聚硅氮烷質量分數的0.01% 5%。
3.根據權利要求1所述的制備P型SiC納米線的場效應管的方法，其特征在于所述步 驟(6)中所采用的硅片為N型或P型硅片，氧化層厚度為IOOnm 800nm，源、漏電極為Ti/ Au 或 Ni/Au 或 Au 或 Pt。
全文摘要
一種制備基于P型SiC納米線的場效應管的新方法，其包括以下具體步驟(1)有機前驅體聚硅氮烷與一定量的硝酸鋁混合均勻后在保護氣氛N2或Ar氣氣氛下，于260℃進行低溫交聯固化，得到非晶態固體，然后球磨粉碎；(2)將粉碎得到的粉末置于Al2O3坩堝的底部，并在其上方放置C基板；(3)將Al2O3坩堝置于氣氛燒結爐中，在Ar氣氛保護下于1350～1550℃范圍內進行高溫熱解，保溫5～120min；(4)隨爐冷卻至室溫，由此可在C基板上得到原位摻雜Al的SiC納米線；(5)將得到的原位摻雜Al的SiC納米線分散在乙醇溶液里，將此懸浮液旋涂在有氧化層的硅片上，采用光刻-蒸鍍-剝離工藝在SiC納米線兩端分別制作源電極、漏電極，并以硅襯底作背柵極。與已報道的沒有摻雜的SiC納米線場效應管相比，本發明實現了P型SiC納米線場效應管的制備。
文檔編號H01L21/336GK102148160SQ20111002083
公開日2011年8月10日 申請日期2011年1月19日 優先權日2011年1月19日
發明者張新霓, 陳友強 申請人:青島大學