利用物理方法制備納米肖特基結構的工藝的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種利用物理方法制備納米肖特基結構的工藝，基于煮沸膠體微滴的技術制備分散均勻，尺寸一致的納米肖特基結的新方法。發明選擇合適的基底，通過煮沸膠體溶液來制備納米肖特基結。在制備過程中，不但可以選擇不同材料的膠體溶液，同種材料還可以選擇不同濃度和不同尺寸的膠體溶液。本發明方法與現有技術的其他制備納米肖特基結構的方法相比更能得到尺寸一致、分散均勻的納米顆粒，而且操作簡單易行。此方法可控性好，重復性高，因此可以制備豐富的納米結構材料。
【專利說明】
利用物理方法制備納米肖特基結構的工藝
技術領域
[0001]本發明涉及一種微型電子器件的制備方法，特別是涉及一種納米結構電子器件的制備方法，應用于納米半導體電子器件和光電子器件領域。
【背景技術】
[0002]集成電路的集成度越高表明制造工藝中的制造精度越高(即光刻工藝的最小線寬越小)，電路中的晶體管尺寸也就越小，因此需要對納米器件的性能進行探索研究。任何半導體技術都離不開金屬化系統。所謂金屬化系統，包括各器件單元的互連線、金屬一半導體接觸(Schottky勢皇接觸和歐姆接觸)和柵電極等。而且任何半導體器件都有一個共同的基本結構，即能源的輸入和經器件運作后的功能輸出，而擔負這一輸入/輸出的樞紐正是金屬一半導體接觸。
[0003]經研究發現當器件的尺寸縮小到微納米尺度時，由于量子尺寸效應和表界面效應，與宏觀物理現象相比其許多微觀物理現象，會有很大的差異，并且由于器件尺度的微型化，使原來各種影響因素的相對重要性也發生了變化，因此尺寸效應和界面效應在微觀領域起著很非常重要的作用。
[0004]納米肖特基結構主要有物理法和化學法兩大類。
[0005]化學方法有單電槽和雙電槽法，制備納米肖特基結構時有如下缺點:
1.樣品與基底的結合性不好；
2.由于實驗儀器受到各種因素的影響，它不可能得到尺寸分布一致的納米顆粒；
3.反應過程中諸多因素造成實驗結果重復性不好，比如環境濕度、藥品純度和氣體雜質等；
4.樣品制備限制較多，只能制備金屬納米顆粒或納米薄膜，不能氧化物，氮化物等化合物多層膜。
[0006]自組裝的方法包括電子束蒸發，分子束外延，直流反應磁控濺射和射頻磁控濺射等蒸發沉積薄膜，其中薄膜的厚度很小，通過熱處理等，使薄膜結構發生一定的變化，出現納米團簇或納米島狀的結構，進而得到納米尺寸的顆粒。但是，這些納米團簇或者納米島的尺寸是隨著處理條件的變化而變化的，有時即使處理條件一樣，得到的納米團簇尺寸分布也并不均勻，而且有時候還會出現團聚的現象，不能得到分離性非常好的納米顆粒。自組裝的方法制備過程通常需要花費幾個小時或者幾天的時間，旋涂方法制備的納米肖特基結的時間也較長，效率低，不能滿足納米肖特基結構的產業化制備需要。
【發明內容】
[0007]為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種利用物理方法制備納米肖特基結構的工藝，根據不同的需求來選擇不同溶液、不同尺寸、不同濃度以及調節煮沸溫度來控制分散的情況，繼而制作出不同的納米肖特基結從而探究他們的各種特性，工藝操作簡單，可控性強且重復性好。
[0008]為達到上述發明創造目的，采用下述技術方案:
一種利用物理方法制備納米肖特基結構的工藝，包括如下步驟:
a.基底的選擇與預處理:根據制備微型器件的納米肖特基結構的要求，選擇基底，然后對基底進行清洗，得到干燥潔凈的基片，備用;所述基底優選選用半導體基片、金屬片或聚合物片；
b.金屬膠體溶液的制備:選擇納米金屬顆粒的濃度為5.0 X 113?2.0 X 111particles/ml且納米金屬顆粒的粒度為3?30 nm的納米金屬顆粒膠體溶液，采用稀釋劑，按照納米金屬顆粒膠體溶液和稀釋劑的體積混合比例為1: (3?10)的比例，對納米金屬顆粒膠體溶液進行稀釋，得到納米金屬顆粒膠體稀釋溶液;對基片進行預處理時，優選采用氫氟酸溶液對基片進行清洗處理;優選采用的納米金屬顆粒膠體溶液的金屬顆粒膠體為膠體金、膠體銀、膠體鉑和膠體銅中任意一種金屬膠體或任意幾種的混合金屬膠體;優選采用的稀釋劑為水、無水乙醇或酒精；
c.制備納米肖特基結構:在基片上沉積厚度為3?30nm的納米金屬功能層，采用直接煮沸沉積的方法，移出在所述步驟b中制備的納米金屬顆粒膠體稀釋溶液，然后將納米金屬顆粒膠體稀釋溶液滴加到經所述步驟a預處理的基片上形成納米金屬顆粒溶液的液膜，對基片上的液膜進行加熱，使液膜被煮沸，最終在基片上沉積納米金屬功能層;或者采用間接煮沸沉積的方法，在經所述步驟a預處理的基片旁邊放置一個金屬片，移出在所述步驟b中制備的納米金屬顆粒膠體稀釋溶液，然后將納米金屬顆粒膠體稀釋溶液滴加到金屬片上，然后通過加熱金屬片，使得金屬片上的納米金屬顆粒膠體稀釋溶液煮沸后濺射到旁邊的基片上，進而將納米金屬膠體顆粒沉積在基底上，最終在基片上沉積納米金屬功能層;優選采用微滴噴射方法，噴墨打印方法或移液槍移液方法，向基底上轉移納米金屬顆粒膠體稀釋溶液，在基底上制備液膜；
d.后處理:將在所述步驟c中制備的納米金屬功能層進行熱處理，使基片和納米金屬功能層結合形成納米肖特基結構。
[0009]本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點:
1.本發明使用煮沸沉積的方法可以解決現有技術存在的問題，在煮沸沉積中，即使是在空氣中放置的基底也可以直接用，它只需要一些基本的清洗過程，現有技術的自組裝的方法制備過程通常需要花費幾個小時或者幾天的時間，而本發明煮沸沉積僅僅需要幾分鐘的時間即可，另外，利用固定尺寸的膠體顆粒，可以得到同一種尺寸的均勻分布的納米顆粒，在滴加膠體溶液到基底過程中給基底加熱，可以使得顆粒擴散的更均勻，工藝的可重復性好，對于熱導率比較低的基底，可以采用間接煮沸的方法，在基底旁邊放置一個鋼片，通過加熱鋼片，使得鋼片上的膠體溶液濺射到旁邊的基底上，進而將納米尺寸的膠體顆粒沉積在基底上；
2.本發明方法簡單易行，操作對基底無特殊要求，實驗重復性好，顆粒的分散可控，將本發明方法應用到納米器件的制備以及研究等都是對納米器件發展有很重要的作用，此外本發明方法制備的納米肖特基接觸克服了其他幾類自組裝和旋涂方法制備的納米肖特基結的時間長的缺點，從而對納米熱電材料的發展有很大的幫助；
3.本發明方法所制備的納米顆粒尺寸分布均勻，分散性好，純度高，實驗重復性好，納米顆粒的大小和分散情況可控，相對于其他方法制作納米肖特基接觸有著速度快，制備簡單易行等優點。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發明實施例一利用物理方法制備納米肖特基結構的工藝的原理圖。
[0011]圖2為本發明實施例一在滴加膠體金溶液之前的Ge片表面的原子力顯微鏡的圖片。
[0012]圖3為本發明實施例一在沉積膠體金納米顆粒后的Ge片表面的原子力顯微鏡的圖片。
[0013]圖4為本發明實施例一制備的納米肖特基結構的納米金顆粒層的電流一電壓曲線。
[0014]圖5為本發明實施例二在沉積膠體金納米顆粒后的Ge片表面的原子力顯微鏡的圖片。
【具體實施方式】
[0015]本發明的優選實施例詳述如下:
實施例一:
在本實施例中，參見圖1?4，一種利用物理方法制備納米肖特基結構的工藝，包括如下步驟:
a.基底的選擇與預處理:根據制備微型器件的納米肖特基結構的要求，選擇基片類型為Ge〈lll>基片，鍺片的電阻率為10 Ω.cm，首先用氟化氫:氟化錢的摩爾比為1:5的BOE溶液浸泡Ge〈lll>基片5分鐘，再分別用丙酮和乙醇溶液超聲清洗10分鐘，然后使用丙酮、無水乙醇、去離子水相繼清洗鍺片，再采用高純氮氣吹干鍺片，最后放在干燥箱中在80°C下烘干15 min，得到干燥潔凈的基片，備用；
b.金屬膠體溶液的制備:選擇納米金顆粒的濃度為7.0X 112 particles/ml且納米金顆粒的粒度為20nm的膠體納米金溶液，然后根據需求進行調控膠體納米金溶液的稀釋程度，即采用無水乙醇稀釋劑，按照膠體納米金溶液和無水乙醇的體積混合比例為1:5的比例，對納米金膠體溶液進行稀釋，得到納米金膠體稀釋溶液；
c.制備納米肖特基結構:采用直接煮沸沉積的方法，采用移液槍移出在所述步驟b中制備的納米金膠體稀釋溶液的液滴體積調節至10yL，然后將納米金膠體稀釋溶液滴加到經所述步驟a預處理的Ge片上形成納米金溶液的液膜，將Ge片基底在加熱臺上加熱到120°C，從而對基片上的液膜進行加熱，使液膜被煮沸，最終在Ge片上沉積厚度為20nm納米金功能層；
d.后處理:將在所述步驟c中制備的納米金功能層進行后續退火熱處理，使Ge片和納米金功能層結合形成納米肖特基結構。本實施例在制備納米肖特基結中，在退火爐中退火，可以對制備得到的納米顆粒進行處理而形成晶體材料。
[0016]在本實施例中，參見圖1?4，對比圖2和圖3，通過用原子力顯微鏡的圖片可以看至IJ，不滴加任何膠體金溶液的Ge片表面和滴加膠體金溶液的Ge片表面完全不同，在圖2中只能看到Ge片表面有一些劃痕，而在圖3中則可以看到Ge片表面有很多分散性很好的納米顆粒。這些納米顆粒出現團簇情況的很少，因此尺寸相對來說很均勻。圖4為測得的納米顆粒的電流一電壓曲線，可以看到此肖特基有很好的整流特性。本實施例利用煮沸膠體滴的方法制備納米結構半導體電子器件一一納米肖特基傳感器，如圖1所示，本實施例方法克服現有的制備納米肖特基結方法難以控制的不足，采用一種操作簡單、整流特性好、材料附著性好且分散均勻的制備方法。本實施例方法的主要特點是煮沸膠體溶液，通過對膠體溶液濃度，尺寸的控制來控制納米肖特基結的尺寸和電學性質。本實施例在完成后形成的納米肖特基結能夠能在一定的溫差下產生電壓，或者在一定的電壓下形成電流，可以制作成傳感器器件。具體表現為基于煮沸膠體微滴的技術制備分散均勻，尺寸一致的納米肖特基結的新方法。本實施例選擇合適的基底，通過煮沸膠體溶液來制備納米肖特基結。在制備過程中，不但可以選擇不同材料的膠體溶液，同種材料還可以選擇不同濃度和不同尺寸的膠體溶液。本實施例方法與其他制備納米肖特基結構的方法相比更能得到尺寸一致、分散均勻的納米顆粒，而且操作簡單易行。此方法可控性好，重復性高，因此可以制備豐富的納米結構材料。
[0017]實施例二:
本實施例與實施例一基本相同，特別之處在于:
在本實施例中，一種利用物理方法制備納米肖特基結構的工藝，包括如下步驟:
a.本步驟與實施例一相同；
b.金屬膠體溶液的制備:選擇納米金顆粒的濃度為7.0X 112 particles/ml且納米金顆粒的粒度為20nm的膠體納米金溶液，然后根據需求進行調控膠體納米金溶液的稀釋程度，即采用無水乙醇稀釋劑，按照膠體納米金溶液和無水乙醇的體積混合比例為1:8的比例，對納米金膠體溶液進行稀釋，得到納米金膠體稀釋溶液；
c.本步驟與實施例一相同；
d.本步驟與實施例一相同。
[0018]在本實施例中，參見圖5，測試結果如圖4，可以看到Ge片表面同樣有很多分散性很好的納米顆粒，這些納米顆粒的濃度相對于例一稀疏很多，因此通過調節稀釋濃度可以改變納米顆粒的分散性。
[0019]實施例三:
本實施例與前述實施例基本相同，特別之處在于:
在本實施例中，一種利用物理方法制備納米肖特基結構的工藝，包括如下步驟:
a.本步驟與實施例一相同；
b.本步驟與實施例一相同；
c.制備納米肖特基結構:采用間接煮沸沉積的方法，在經所述步驟a預處理的Ge片旁邊放置一個鋼片，采用移液槍移出在所述步驟b中制備的納米金膠體稀釋溶液的液滴體積調節至10此，然后將納米金膠體稀釋溶液滴加到鋼片上，然后通過加熱鋼片，將鋼片加熱到120°C，使得鋼片上的納米金膠體稀釋溶液煮沸后濺射到旁邊的Ge片上，進而將納米金膠體顆粒沉積在Ge片基底上，最終在Ge片基片上沉積厚度為15nm的納米金功能層；
d.本步驟與實施例一相同。
[0020]本實施例基于間接煮沸膠體微滴的方法能制備分散均勻，尺寸一致的納米肖特基結。
[0021]上面結合附圖對本發明實施例進行了說明，但本發明不限于上述實施例，還可以根據本發明的發明創造的目的做出多種變化，凡依據本發明技術方案的精神實質和原理下做的改變、修飾、替代、組合或簡化，均應為等效的置換方式，只要符合本發明的發明目的，只要不背離本發明利用物理方法制備納米肖特基結構的工藝的技術原理和發明構思，都屬于本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種利用物理方法制備納米肖特基結構的工藝，其特征在于，包括如下步驟: a.基底的選擇與預處理:根據制備微型器件的納米肖特基結構的要求，選擇基底，然后對基底進行清洗，得到干燥潔凈的基片，備用； b.金屬膠體溶液的制備:選擇納米金屬顆粒的濃度為5.0 X 113?2.0 X 111particles/ml且納米金屬顆粒的粒度為3?30 nm的納米金屬顆粒膠體溶液，采用稀釋劑，按照納米金屬顆粒膠體溶液和稀釋劑的體積混合比例為1: (3?10)的比例，對納米金屬顆粒膠體溶液進行稀釋，得到納米金屬顆粒膠體稀釋溶液； c.制備納米肖特基結構:在基片上沉積厚度為3?30nm的納米金屬功能層，采用直接煮沸沉積的方法，移出在所述步驟b中制備的納米金屬顆粒膠體稀釋溶液，然后將納米金屬顆粒膠體稀釋溶液滴加到經所述步驟a預處理的基片上形成納米金屬顆粒溶液的液膜，對基片上的液膜進行加熱，使液膜被煮沸，最終在基片上沉積納米金屬功能層;或者采用間接煮沸沉積的方法，在經所述步驟a預處理的基片旁邊放置一個金屬片，移出在所述步驟b中制備的納米金屬顆粒膠體稀釋溶液，然后將納米金屬顆粒膠體稀釋溶液滴加到金屬片上，然后通過加熱金屬片，使得金屬片上的納米金屬顆粒膠體稀釋溶液煮沸后濺射到旁邊的基片上，進而將納米金屬膠體顆粒沉積在基底上，最終在基片上沉積納米金屬功能層； d.后處理:將在所述步驟c中制備的納米金屬功能層進行熱處理，使基片和納米金屬功能層結合形成納米肖特基結構。2.根據權利要求1所述利用物理方法制備納米肖特基結構的工藝，其特征在于:在所述步驟a中，所述基底選用半導體基片、金屬片或聚合物片。3.根據權利要求1所述利用物理方法制備納米肖特基結構的工藝，其特征在于:在所述步驟a中，對基片進行預處理時，采用氫氟酸溶液對基片進行清洗處理。4.根據權利要求1所述利用物理方法制備納米肖特基結構的工藝，其特征在于:在所述步驟b中，采用的納米金屬顆粒膠體溶液的金屬顆粒膠體為膠體金、膠體銀、膠體鉑和膠體銅中任意一種金屬膠體或任意幾種的混合金屬膠體。5.根據權利要求1所述利用物理方法制備納米肖特基結構的工藝，其特征在于:在所述步驟c中，采用微滴噴射方法，噴墨打印方法或移液槍移液方法，向基底上轉移納米金屬顆粒膠體稀釋溶液，在基底上制備液膜。6.根據權利要求1所述利用物理方法制備納米肖特基結構的工藝，其特征在于:在所述步驟a?(!中，控制加熱基底的溫度、加熱時間、加熱功率、納米金屬顆粒膠體稀釋溶液濃度、納米金屬顆粒膠體溶液的稀釋劑種類、納米金屬顆粒膠體溶液中的納米材料的顆粒尺寸和熱處理方法中的任意一種條件或任意幾種條件，制備納米肖特基結。7.根據權利要求1所述利用物理方法制備納米肖特基結構的工藝，其特征在于:在所述步驟b中，采用的稀釋劑為水、無水乙醇或酒精。
【文檔編號】H01L21/329GK105845567SQ201610210210
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月7日
【發明人】郭二娟, 龍嘯, 石曉波, 曾志剛
【申請人】上海大學