CN101383291A - 一种ZnO背栅纳米线场效应管的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及化合物半导体器件技术领域，具体涉及一种背栅ZnO纳米线场效应管的制备方法。本发明采用ZnO纳米线作为场效应晶体管沟道，采用凹槽和十字两种方法实现纳米线到器件衬底的沉积和定位，采用Ti/Au与ZnO沟道形成欧姆接触，常规Liff－off的方法溅射形成Al2O3栅氧，利用P++型Si衬底作为场效应管背栅。本发明具有成效明显，工艺简单易行，经济适用和可靠性强的优点，容易在微波、毫米波化合物半导体器件及传感器的制作中采用和推广。

Description

一种ZnO背栅纳米线场效应管的制备方法
技术领域
本发明涉及化合物半导体器件技术领域，具体涉及一种ZnO背栅纳米线场效应管的制备方法。
背景技术
在各种由ZnO纳米线构成的一维纳米线器件中，ZnO纳米线场效应晶体管由于其独特的性能，近几年来受到了国际上广泛的关注。ZnO纳米线场效应晶体管(ZnO NW FET)是一种利用ZnO纳米线作为沟道来实现的场效应管，其特征是采用新型MOSFET结构，ZnO纳米线与栅氧和金属形成金属-氧化物-半导体结构。这种结构的场效应晶体管在压电效应，光学效应，电磁，化学传感等方面均有潜在的广泛应用。在这其中，由于ZnO纳米线具有很高的表面积/体积比，制作成功的ZnO纳米线场效应晶体管还可被广泛用于气体探测上，特别是有害气体的探测，如CO、NH3等，通过监测场效应晶体管跨导的变化可以检测出化学气体的组成及浓度，并且，检测完成后可通过控制器件栅压的变化来排出有毒气体元素，具有可恢复化学传感器的功能。发展前景远大。
与目前常规的SnO2传感器相比，ZnO纳米线场效应晶体管用作化学传感器时具有尺寸小，成本低，可恢复性等一系列优点，而且，SnO2传感器的检测原理是通过监测气体在多孔气敏元件上时电阻的变化来实现探测功能，这种类型的传感器最适合检测低浓度有毒气体，在气体浓度较高并不适合；而ZnO纳米线场效应晶体管是采用监测器件电导的变化来监测有毒气体，这使得在高浓度下ZnO纳米线场效应晶体管成为一种极佳的选择，具有成为下一代化学传感器的潜质。有鉴与此，进行ZnO纳米线场效应晶体管的研制工作是非常有必要的。
尽管，ZnO纳米线场效应晶体管在传感器方面具有强大潜力，已经得到了广泛的关注，但仍有很多问题亟待解决。其中最重要的就是关键工艺的突破，众所周知，ZnO纳米线场效应晶体管是一种利用ZnO纳米线作为沟道来实现的场效应管，在纳米级的沟道情况下，其制备工艺与常规的场效应晶体管不同，纳米线从本征衬底到器件衬底上的沉积和定位工作，以及源漏金属与纳米线沟道形成欧姆接触等都是制约ZnO纳米线器件实现传感器应用的方面。并且，纳米线的输运机制未能得到很好的模拟，无法对器件结构进行优化，从而无法对器件工艺进行有效的指导作用。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种ZnO背栅纳米线场效应管的制备方法，以实现ZnO背栅纳米线场效应管的制作。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：一种ZnO背栅纳米线场效应管的制备方法，其制备方法步骤如下：
(1)在P++型Si衬底上生长SiO2介质层，涂胶、前烘，活性离子蚀刻打底胶，采用十字或凹槽版对衬底进行光刻。
(2)把原生长ZnO纳米线与衬底放在乙醇中经过超声波降解，降解后ZnO纳米线大部分从原玻璃衬底脱离并分散在乙醇溶液中，采用滴管实现ZnO纳米线到场效应晶体管衬底的沉积；
(3)然后在沉积有ZnO纳米线的衬底上涂一层5214光刻胶，匀胶时转速为2500转/分，涂得胶厚为1.9μm，然后进行后续源漏制备，蒸发金属Ti/Au，其中Ti的厚度为
Figure A200810223353D00051
Au的厚度为
Figure A200810223353D00052
并使之与ZnO纳米线形成良好的欧姆接触电极；
(4)涂胶，涂5214反转胶，匀胶时转速为3500r/min，涂得胶厚为1.6μm，光刻，反转60s，泛曝20s，显影55s，观测栅线条清晰，直接溅射20nm Al2O3，常规丙酮剥离形成栅氧；
(5)利用在P++型Si衬底作为器件栅极。将器件倒置，在P++型Si衬底上蒸发金属Ti/Au，其中Ti厚度为
Figure A200810223353D00061
Au厚度为形成背栅电极金属，使之与P++型Si衬底共同构成ZnO纳米线场效应管的栅极。
上述步骤(1)中SiO2介质层的厚度为
上述步骤(1)中涂胶为涂正胶5214，匀胶时转速为3500转/分，涂得胶厚为1.6μm。
上述步骤(1)中前烘为在100℃下烘60秒。
上述步骤(2)中ZnO纳米线宽<1μm，长>30μm，长宽比大于30:1。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明实现了ZnO纳米线从原玻璃衬底到场效应管衬底的沉积和定位，解决了ZnO纳米线上沉积到器件衬底后的杂乱排列的问题。为多种纳米线器件制备奠定了基础。
2、本发明用常规溅射丙酮剥离的方法形成Al2O3栅氧，成本较低。
3、本发明工艺简单易行，节约了成本。
4、本发明结合常规的场效应晶体管制备机制，制定出一套实现ZnO纳米线场效应晶体管的方法，实现了纳米线到衬底的沉积和定位，为下一步的ZnO化学传感器制备奠定基础。
附图说明
图1为本发明所使用的ZnO纳米线图片。
图2为本发明制备的工艺器件剖面图。
图3为本发明栅氧制作示意图。
附图标记：
101—P++型Si衬底，102—ZnO纳米线，103—栅氧，104—Ti/Au，
105—SiO2介质层，106—背栅电极金属。
具体实施方式
下面结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供一种ZnO背栅纳米线场效应管的制备方法，其制备方法步骤如下：
(1)在P++型Si衬底101上生长SiO2介质层105，涂胶、前烘，RIE打底胶，采用十字或凹槽版对衬底进行光刻；
所述SiO2介质层105的厚度为
Figure A200810223353D0007162928QIETU
所述涂胶为涂正胶5214，匀胶时转速为3500转/分，涂得胶厚为1.6μm；所述前烘为在100℃下烘60秒；
(2)把原生长ZnO纳米线102与衬底放在乙醇中经过超声波降解，降解后ZnO纳米线102大部分从原玻璃衬底脱离并分散在乙醇溶液中，采用滴管实现ZnO纳米线到场效应晶体管衬底的沉积；
所述ZnO纳米线102宽<1μm，长>30μm，长宽比大于30:1。
(3)在沉积有ZnO纳米线102的衬底上涂一层5214光刻胶，匀胶时转速为2500转/分，涂得胶厚为1.9μm，进行后续源漏制备，蒸发金属Ti/Au 104，其中Ti的厚度为
Figure A200810223353D00072
Au的厚度为
Figure A200810223353D00073
并使之与ZnO纳米线102形成欧姆接触电极；
(4)涂胶，涂5214反转胶，匀胶时转速为3500r/min，涂得胶厚为1.6μm，光刻，反转60s，泛曝20s，显影55s，观测栅线条清晰，直接溅射20nm Al2O3，常规丙酮剥离形成栅氧103；
(5)在P++型Si衬底101作为器件栅极。将器件倒置，在P++型Si衬底上蒸发金属Ti/Au，其中Ti厚度为
Figure A200810223353D00081
Au厚度为
Figure A200810223353D00082
形成背栅电极金属106，使之与P++型Si衬底共同构成ZnO纳米线场效应管的栅极。
参见图1，图1为本发明所使用的ZnO纳米线所做的扫描电镜图片，由图可以看出该ZnO纳米线的直径在1um之下，约为几百纳米。符合制作背栅ZnO纳米线场效应晶体管的要求。
参见图2，图2为本发明制备的工艺器件示意图的剖面图。通过该剖面图可以看出背栅ZnO纳米线场效应晶体管的基本结构，以及构成该ZnO纳米线场效应晶体管各层的成分。
参见图3，图3为本发明栅氧制作示意图。在前期工序完成的基础上涂胶、光刻，然后直接溅射Al2O3，最后使用常规的丙酮剥离。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1、一种ZnO背栅纳米线场效应管的制备方法，其特征在于:
其制备方法步骤如下:
(1)在P++型Si衬底上生长SiO2介质层，涂胶、前烘，活性离子蚀刻打底胶，采用十字或凹槽版对衬底进行光刻；
(2)把原生长ZnO纳米线与衬底放在乙醇中经过超声波降解，降解后ZnO纳米线大部分从原玻璃衬底脱离并分散在乙醇溶液中，采用滴管实现ZnO纳米线到场效应晶体管衬底的沉积；
(3)然后在沉积有ZnO纳米线的衬底上涂一层5214反转胶，匀胶时转速为2500转/分，涂得胶厚为1.9μm，然后进行后续源漏制备，蒸发金属Ti/Au，其中Ti的厚度为
Figure A200810223353C00021
，Au的厚度为，并使之与ZnO纳米线形成良好的欧姆接触电极；
(4)涂胶，涂5214反转胶，匀胶时转速为3500r/min，涂得胶厚为1.6μm，光刻，反转60s，泛曝20s，显影55s，观测栅线条清晰，直接溅射20nmAl2O3，常规丙酮剥离形成栅氧；
(5)利用在P++型Si衬底作为器件栅极，将器件倒置，在P++型Si衬底上蒸发金属Ti/Au，其中Ti的厚度为，Au的厚度为
Figure A200810223353C00024
，形成背栅电极金属，使之与P++型Si衬底共同构成ZnO纳米线场效应管的栅极。
2、根据权利要求1所述的一种ZnO背栅纳米线场效应管的制备方法，其特征在于:所述步骤(1)中SiO2介质层的厚度为
Figure A200810223353C00025
3、根据权利要求1所述的一种ZnO背栅纳米线场效应管的制备方法，其特征在于:所述步骤(1)中涂胶为涂正胶5214，匀胶时转速为3500转/分，涂得胶厚为1.6μm。
4、根据权利要求1所述的一种ZnO背栅纳米线场效应管的制备方法，其特征在于:所述步骤(1)中前烘为在100℃下烘60秒。
5、根据权利要求1所述的一种ZnO背栅纳米线场效应管的制备方法，其特征在于:所述步骤(2)中ZnO纳米线宽<1μm，长>30μm，长宽比大于30:1。
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