專利名稱：一種通過沉積氧化鉬制備電學特性穩定的p型鍺納米線場效應管的方法
一種通過沉積氧化鉬制備電學特性穩定的P型鍺納米線場效應管的方法
技術領域：
本發明涉及通過沉積氧化鉬制備電學特性穩定的P型鍺納米線場效應管的方法， 具體地說是一種利用表面電荷轉移原理在鍺納米線場效應管表面沉積氧化鉬薄層而制備出電學特性穩定的P型鍺納米線場效應管的方法。二、背景技術
在過去的十年，一維半導體，如IV簇、III-V簇、II-VI簇納米線，已被大量地研究并應用于各種領域，如場效應管、邏輯電路、發光二極管、太陽能電池、光電檢測、生物化學傳感器等。尤其是，單元素半導體納米線，例如Ge和Si納米線，由于存在大量的配對半導體并兼容于現有的半導體技術，展現出獨特的電子特征。因此它們將是未來用于納米尺寸功能器件的最有前途的基礎材料。與Si納米線相比，Ge納米線展現出更高的電子空穴遷移率、更低的本征電阻率和更大的波爾激子半徑。然而，未摻雜Ge納米線電導率小，不適合于應用。同時，由于巨大的表面積與體積比，Ge納米線的電學特征很容易受周圍空氣的影響，并且難以控制。Ge納米線在空氣中容易氧化，形成GeA保護層，而且這GeA保護層溶于水，使得Ge納米線高度不穩。這些問題嚴重地限制了 Ge納米線場效應管的應用與發展。三、發明內容
本發明是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種工藝簡單、適合大規模生產的通過沉積氧化鉬制備電學特性穩定的P型鍺納米線場效應管的方法，以實現電學特性穩定的P型鍺納米線場效應管的制備，獲得空氣中電學特性穩定的P型鍺納米線場效應管。
本發明為解決技術問題采用如下技術方案
本發明通過沉積氧化鉬制備電學特性穩定的ρ型鍺納米線場效應管的方法，其特征是按如下步驟操作
a、用化學氣相沉積的方法合成長度大于10 μ m的未摻雜鍺納米線1 ； (Dunwei Wang, Pure App 1. Chem.，Vol. 79，No. 1，pp. 55-65,2007.)
b、在p+型硅襯底2的上表面有一厚度為50-600nm的二氧化硅層3，將未摻雜鍺納米線1分散在二氧化硅層3的表面得到樣品A ；
C、依次通過光刻、電子束鍍膜和去膠在所述樣品A的表面形成源漏金屬電極4，使得未摻雜鍺納米線1的兩端分別被源漏金屬電極4覆蓋，得到樣品B ；
d、直接在所述樣品B上、位于所述源漏金屬電極4所在一側的表面沉積一層厚度為5-200nm的氧化鉬層5，以所述氧化鉬層5覆蓋在未摻雜鍺納米線1上，得到電學特性穩定的P型鍺納米線場效應管，其中P+型硅襯底2作為場效應管的柵電極。
所述步驟c中的源漏金屬電極4是厚度為40-100nm的金電極，且所述金電極4與 P型鍺納米線為歐姆接觸。
所述步驟d中在所述樣品B表面沉積氧化鉬層5的方法是采用脈沖激光沉積法、 電子束熱蒸發法或磁控濺射法。
本發明的理論依據是表面電荷轉移技術和氧化鉬在空氣中極度穩定的特點。表面電荷轉移技術不同于傳統的原位摻雜技術，其允許電荷從一種材料直接轉移到另外一種材料，且不引起材料內部結構的變化，而能促成電荷轉移的是兩種材料的功函數的顯著差別。 氧化鉬擁有一個很低的最低未占軌道值(LUMO)，約-6. 7eV，和一個很低的最高未占軌道值 (HUMO)，約-9. 7eV，這意味著氧化鉬的功函數遠大于其它大多數半導體材料，因此很容易使空穴從氧化鉬注入到其它半導體材料中。在這里，我們所研究的鍺的導帶最小值(E。)和價帶最大值(Ev)分別是-3. 6eV和-4. 3eV0其費米能級都在氧化鉬的LUMO和HUMO之上，結果，當鍺納米線蓋上一層氧化鉬時，電子將自然地從鍺納米線轉移到氧化鉬中，使得鍺納米線的空穴濃度增大，由此而增強了鍺納米線的P型傳導率。而由于氧化鉬在空氣中極度穩定的特點，在鍺納米線場效應管表面覆蓋上一層氧化鉬時，氧化鉬不但通過增強鍺納米線的P型電導率提高了鍺納米線場效應管的可應用性，同時對于鍺納米線也起到了保護層的作用，明顯提高了鍺納米線場效應管的電學特性穩定性。
與已有技術相比，本發明有益效果體現在
1、本發明通過在鍺納米線場效應管表面沉積氧化鉬，通過增強鍺納米線的ρ型電導率提高了鍺納米線場效應管的可應用性。
2、本發明通過在鍺納米線場效應管表面沉積氧化鉬，成功地克服了鍺納米線在空氣中性能不穩定的難題，為鍺納米線場效應管的應用與發展清理了重要的障礙。
3、本發明通過在鍺納米線場效應管表面沉積氧化鉬，實現了電學特性穩定的ρ型電導增強的鍺納米線場效應管的制備，工藝簡單，適合大規模生產。四
圖1為本發明制備的鍺納米線場效應管的工藝流程圖。
其中1為未摻雜鍺納米線；2為ρ+型硅襯底；3為二氧化硅層；4為源漏金屬電極； 5為為氧化鉬層。
圖2為本發明中鍺納米線的FESEM圖。
圖3為本發明中氧化鉬的I-V特性曲線以及真空中鍺納米線、空氣中鍺納米線和沉積有氧化鉬的鍺納米線的I-V特性曲線。其中曲線1為氧化鉬的I-V特性曲線，曲線2 為真空中鍺納米線的I-V特性曲線，曲線3為空氣中鍺納米線的I-V特性曲線，曲線4為沉積有氧化鉬的鍺納米線的I-V特性曲線。
圖4為本發明中沉積氧化鉬后的ρ型鍺納米線場效應管的掃描特性曲線圖。
圖5為本發明中沉積氧化鉬前與沉積氧化鉬后的鍺納米線場效應管在相同源漏電壓下的源漏電流與時間的關系圖，其中曲線1為沉積氧化鉬前的鍺納米線場效應管在源漏電壓不變的條件下源漏電流與時間的關系曲線，曲線2為沉積氧化鉬后的鍺納米線場效應管在源漏電壓不變的條件下源漏電流與時間的關系曲線。五具體實施方式
實施例1
稱取2g高純鍺粉末(純度99. 99% )放入Al2O3小瓷舟中，并將小瓷舟放到管式爐的中間，在載氣下游8cm處放置鍍有Au膜(Au膜厚度lOnm) ρ型重摻雜氧化硅片(SiO2厚度300nm)。把真空抽到IPa以下，以20sCCm的流速通入Ar/H2混合氣(Ar和H2的體積比為95 5)，維持氣壓在4X 103 左右，以15°C /min的加熱速度將小瓷舟加熱到900°C，以 7. 5°C /min的加熱速度將鍍Au氧化硅片加熱到450°C，保溫lh，即可合成出未摻雜鍺納米線1。
把合成的未摻雜鍺納米線1分散在已清洗干凈的P+型硅襯底2上的厚度為300nm 的二氧化硅層3表面得到樣品A(如圖1中A)；
利用光刻、電子束鍍膜、去膠等手段在所述樣品A表面形成厚度為SOnm的源漏金屬電極4，使得有未摻雜鍺納米線1的兩端分別被源漏金屬電極4覆蓋，得到樣品B，即未摻雜鍺納米線場效應管(如圖1中B)；
利用Keithley 4200-SCS電學表征系統對置于真空中的和置于空氣中的未摻雜鍺納米線場效應管進行電學測試，同時對置于空氣中的未摻雜鍺納米線場效應管進行為期 10天的電學測試。
本實施例的未摻雜鍺納米線的FESEM圖如圖2所示，有圖可知所合成未摻雜鍺納米線長度普遍大于IOym;置于真空中的未摻雜鍺納米線場效應管的源漏電流(Ids)-源漏電壓(Vds)曲線如圖3中曲線2所示，置于空氣中的未摻雜鍺納米線場效應管的源漏電流 (Ids)-源漏電壓(Vds)曲線如圖3中曲線3所示，置于空氣中的未摻雜鍺納米線場效應管在源漏電壓(Vds)不變的條件下源漏電流(Ids)與時間的關系如圖5中曲線1所示。從以上各圖可知，未摻雜鍺納米線在真空中電導率小，在空氣中電學特性極度不穩定。
實施例2
稱取2g高純鍺粉末(純度99. 99% )放入Al2O3小瓷舟中，并將小瓷舟放到管式爐的中間，在載氣下游8cm處放置鍍有Au膜(Au膜厚度lOnm) ρ型重摻雜氧化硅片(SiO2厚度300nm)。把真空抽到IPa以下，以20sCCm的流速通入Ar/H2混合氣(Ar和H2的體積比為95 5)，維持氣壓在4X 103 左右，以15°C /min的加熱速度將小瓷舟加熱到900°C，以 7. 5°C /min的加熱速度將鍍Au氧化硅片加熱到450°C，保溫lh，即可合成出未摻雜鍺納米線1。
把合成的未摻雜鍺納米線1分散在已清洗干凈的P+型硅襯底2上的厚度為300nm 的二氧化硅層3表面得到樣品A(如圖1中A)；
利用光刻、電子束鍍膜、去膠等手段在所述樣品A表面形成厚度為SOnm的源漏金屬電極4，使得有未摻雜鍺納米線1的兩端分別被源漏金屬電極4覆蓋，得到樣品B，即未摻雜鍺納米線場效應管(如圖1中B)；
利用脈沖激光沉積的方法或電子束熱蒸發的方法或磁控濺射的方法直接在所述樣品B表面沉積一層厚度為30nm的氧化鉬層5得到電學特性穩定的ρ型鍺納米線場效應管，其中P+型硅襯底2作為場效應管的柵電極(如圖1中C)。
利用Keithley 4200-SCS電學表征系統對置于空氣中的沉積有氧化鉬的ρ型鍺納米線場效應管進行電學測試，同時對置于空氣中的沉積有氧化鉬的P型鍺納米線場效應管進行為期10天的電學測試。
本實施中氧化鉬的I-V特性曲線如圖3中曲線1所示，置于空氣中的沉積有氧化鉬的P型鍺納米線場效應管的源漏電流(Ids)-源漏電壓(Vds)曲線如圖3中曲線4所示，而其掃描特性曲線圖如圖4所示，置于空氣中的沉積有氧化鉬的ρ型鍺納米線場效應管在源漏電壓(Vds)不變的條件下源漏電流(Ids)與時間的關系如圖5中曲線2所示。從以上各圖可知，氧化鉬為高度絕緣的，通過在鍺納米線場效應管表面沉積氧化鉬所得到為P型電導增強的P型溝道場效應管，同時，鍺納米線場效應管的電學特性在空氣中保持高度穩定。
權利要求
1.一種通過沉積氧化鉬制備電學特性穩定的P型鍺納米線場效應管的方法，其特征是按如下步驟操作a、用化學氣相沉積的方法合成長度大于10μ m的未摻雜鍺納米線(1)；b、在ρ+型硅襯底( 的上表面有一厚度為50-600nm的二氧化硅層(3)，將未摻雜鍺納米線(1)分散在二氧化硅層(3)的表面得到樣品A ；c、依次通過光刻、電子束鍍膜和去膠在所述樣品A的表面形成源漏金屬電極(4)，使得未摻雜鍺納米線⑴的兩端分別被源漏金屬電極⑷覆蓋，得到樣品B;d、直接在所述樣品B上、位于所述源漏金屬電極(4)所在一側的表面沉積一層厚度為5-200nm的氧化鉬層(5)，以所述氧化鉬層(5)覆蓋在未摻雜鍺納米線⑴上，得到電學特性穩定的P型鍺納米線場效應管，其中P+型硅襯底(2)作為場效應管的柵電極。
2.根據權利要求1所述的通過沉積氧化鉬制備電學特性穩定的ρ型鍺納米線場效應管的方法，其特征是所述步驟c中的源漏金屬電極(4)是厚度為40-100nm的金電極，且所述金電極(4)與ρ型鍺納米線為歐姆接觸。
3.根據權利要求1所述的通過沉積氧化鉬制備電學特性穩定的ρ型鍺納米線場效應管的方法，其特征是所述步驟d中在所述樣品B表面沉積氧化鉬層(5)的方法是采用脈沖激光沉積法、電子束熱蒸發法或磁控濺射法。
全文摘要
本發明涉及一種通過沉積氧化鉬制備電學特性穩定的p型鍺納米線場效應管的方法，首先合成未摻雜鍺納米線(1)，然后把未摻雜鍺納米線(1)分散在p+型硅襯底(2)上的二氧化硅層(3)的表面，利用光刻、電子束鍍膜、去膠等手段在二氧化硅表面做好源漏金屬電極(4)，使得有未摻雜鍺納米線(1)的兩端分別被源漏金屬電極(4)覆蓋，且源漏金屬電極(4)與未摻雜鍺納米線(1)為歐姆接觸，最后直接在未摻雜鍺納米線場效應管表面沉積厚度為5～200nm的氧化鉬層(5)得到電學特性穩定的p型鍺納米線場效應管。本發明工藝簡單、適合大規模生產，可以獲得電學特性穩定的p型溝道鍺納米線場效應管。
文檔編號H01L21/335GK102569072SQ20121003396
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月15日 優先權日2012年2月15日
發明者于永強, 揭建勝, 李方澤, 江鵬, 羅林保 申請人:合肥工業大學