CN101540287A - 一种背栅ZnO多纳米线沟道场效应晶体管的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及化合物半导体材料、器件技术领域的一种背栅ZnO多纳米线沟道场效应晶体管的制作方法。为了解决现有ZnO纳米线场效应晶体管工作电流小、与实际应用有较大差距的问题，本发明提供一种背栅ZnO多纳米线沟道场效应晶体管的制作方法，其步骤包括介质生长、背栅电极制作、底层源漏电极制作、使用交流双向介电电泳技术初步固定ZnO纳米线、使用基于AFM的纳米操控技术精确操控ZnO纳米线、顶层源漏电极制作。本发明将多根ZnO纳米线作为并联沟道并悬浮于空中，能够大幅度提高器件的电流、跨导、截止频率等器件性能以及紫外、气体、化学传感性能。
Description
技术领域
本发明涉及化合物半导体材料、器件技术领域，具体涉及一种背栅ZnO多纳米线沟道场效应晶体管的制作方法。
背景技术
ZnO是目前拥有纳米结构和特性最为丰富的材料，已实现的纳米结构包括纳米线、纳米带、纳米环、纳米梳、纳米管等等。其中，一维纳米线由于材料的细微化，比表面积增加，具有常规体材料所不具备的表面效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应，晶体质量更好，载流子的运输性能更为优越。一维纳米线不仅可以实现基本的纳米尺度元器件(如激光器、传感器、场效应晶体管、发光二极管、逻辑线路、自旋电子器件以及量子计算机等)，而且还能用来连接各种纳米器件，可望在单一纳米线上实现具有复杂功能的电子、光子及自旋信息处理器件。
ZnO纳米线场效应晶体管(Nanowire Field-Effect Transistor，缩写NW FET)已成为国际研究的热点之一。ZnO一维纳米线作为沟道，与栅氧和栅金属可以形成金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，缩写MOSFET)。由于ZnO纳米线的电学性能随周围气氛中组成气体的改变而变化，比如未掺杂的ZnO对还原性、氧化性气体具有优越的敏感性，因此能够对相应气体进行检测和定量测试。这使得ZnO一维纳米线场效应晶体管可以用于气体、湿度和化学传感器、光电和紫外探测器、存储器(Memory)等应用领域。尤其是能够对有毒气体(如CO、NH3等)进行探测，通过场效应晶体管的跨导变化，即可检测出气体的组成及浓度。与常规SnO2气体传感器相比，基于ZnO纳米线场效应晶体管的气体传感器具有尺寸小，成本低，可重复利用等优点。
综上所述，ZnO纳米线场效应晶体管的研制在纳米电子学和新型纳米传感器方面具有重要的研究和应用价值，将会对国民经济的发展起到重要的推动作用。
但是，近年来国际上多数研究成果都是针对ZnO单纳米线FET器件及其应用，器件工作电流较小，器件性能还有待于进一步提高。考虑到现有ZnO纳米线FET器件的开态工作电流较低，成为实际应用的主要技术瓶颈之一，因此高开态工作电流的ZnO纳米线FET器件是目前ZnO纳米器件的一个重要研究方向。
发明内容
为了解决现有ZnO纳米线场效应晶体管工作电流小、与实际应用有较大差距的问题，本发明提供一种背栅ZnO多纳米线沟道场效应晶体管的制作方法，将多根ZnO纳米线作为并联沟道，并且将纳米线沟道部分悬浮于空气中，提高场效应晶体管的传感性能。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种背栅ZnO多纳米线沟道场效应晶体管的制作方法，其制作方法步骤如下：
(1)在衬底上表面生长介质；
(2)在衬底背面制作背栅电极；
(3)在介质上表面制作底层源漏电极；
(4)对ZnO纳米线进行初步定位；
(5)通过纳米操控技术将ZnO纳米线放置在底层源漏电极上；
(6)制作顶层源漏电极。
上述步骤(1)中的介质是在衬底上表面利用射频等离子体增强化学气相沉积技术生长SiO2所得到的栅氧介质。
上述步骤(2)中的背栅电极是在衬底背面蒸发金属制得的。
上述步骤(3)中的底层源漏电极是通过在介质上表面经过光刻、蒸发、剥离步骤制作电极金属得到的。
上述步骤(4)中对ZnO纳米线进行初步固定是通过交流双向介电电泳技术，其固定过程如下，将ZnO纳米线材料放入异丙醇溶液内超声降解，再将含有ZnO纳米线的溶液滴于底层源漏电极之间的区域；利用交流双向介电电泳原理，在源漏电极两端施加交流电压，形成非均匀电场，并使电场内的中性微粒产生极化。由于非均匀电场内存在电场梯度，极化微粒两端受到的电场库仑力不平衡，库仑力的合力矩将驱动微粒运动；ZnO纳米线在电场的作用下，由杂乱无序的排列逐渐变为较一致的取向，实现批量ZnO纳米线的可控驱动与初步定位。
上述步骤(5)中将ZnO纳米线放置在底层源漏电极上的过程如下，在原子力显微镜下，利用探针精确操控指定的ZnO纳米线，将纳米线放至底层源漏电极之上，实现多根悬浮ZnO纳米线的规则排列，以及其与源漏电极的精确组装，并将多余纳米线拨离源漏电极。
上述步骤(6)的顶层源漏电极是依次进行光刻电极图形、蒸发金属、金属剥离制得的。
与现有技术相比，本发明技术方案产生的有益效果如下：
本发明将多根ZnO纳米线作为并联沟道，能够大幅度提高ZnO纳米线场效应晶体管的电流、跨导、截止频率等器件性能以及紫外传感性能。其次，本发明将作为沟道的ZnO纳米线悬浮于空中，则使得部分纳米线的下表面积也可以与外部环境接触，有利于提高器件的紫外、气体、化学传感性能。
附图说明
图1为本发明制作方法的流程图；
图2为使用本发明制作出来的背栅ZnO多纳米线沟道场效应晶体管的结构示意图。
附图标记：
1-衬底，2-介质，3-背栅电极，4-底层源漏电极，5-纳米线，
6-顶层源漏电极。
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。
参见图1和图2，一种背栅ZnO多纳米线沟道场效应晶体管的制作方法，其制作方法步骤如下：
(1)在衬底1上表面利用射频等离子体增强化学气相沉积技术PECVD生长SiO2介质2作为栅氧介质；
(2)在衬底1背面蒸发金属作为背栅电极3；
(3)在衬底上表面经过光刻、蒸发、剥离等步骤，制作电极金属，作为底层源漏电极4；
(4)使用交流双向介电电泳技术初步固定ZnO纳米线5，其过程如下：将ZnO纳米线材料放入异丙醇溶液内超声降解，再将含有ZnO纳米线的溶液滴于底层源漏电极之间的区域。利用交流双向介电电泳原理，在源漏电极两端施加交流电压，形成非均匀电场，并使电场内的中性微粒产生极化。由于非均匀电场内存在电场梯度，极化微粒两端受到的电场库仑力不平衡，库仑力的合力矩将驱动微粒运动。ZnO纳米线在电场的作用下，由杂乱无序的排列逐渐变为较一致的取向，实现批量ZnO纳米线的可控驱动与初步定位。
(5)使用基于AFM的纳米操控技术精确操控ZnO纳米线5，利用探针精确操控指定的ZnO纳米线，将纳米线放至底层源漏电极之上，实现多根悬浮ZnO纳米线的规则排列，与源漏电极的精确组装，并将多余纳米线拨离源漏电极。
(6)在底层源漏电极4上，依次进行光刻电极图形、蒸发金属、金属剥离，完成顶层源漏电极6的制作。
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 (7)
1.一种背栅ZnO多纳米线沟道场效应晶体管的制作方法，其制作方法步骤如下：
(1)在衬底上表面生长介质；
(2)在衬底背面制作背栅电极；
(3)在介质上表面制作底层源漏电极；
(4)对ZnO纳米线进行初步定位；
(5)通过纳米操控技术将ZnO纳米线放置在底层源漏电极上；
(6)在底层源漏电极上制作顶层源漏电极。
2.如权利要求1所述的背栅ZnO多纳米线沟道场效应晶体管的制作方法，其特征在于：所述步骤(1)中的介质是在衬底上表面利用射频等离子体增强化学气相沉积技术生长SiO2所得到的栅氧介质。
3.如权利要求1所述的背栅ZnO多纳米线沟道场效应晶体管的制作方法，其特征在于：所述步骤(2)中的背栅电极是在衬底背面蒸发金属制得的。
4.如权利要求1所述的背栅ZnO多纳米线沟道场效应晶体管的制作方法，其特征在于：所述步骤(3)中的底层源漏电极是通过在介质上表面经过光刻、蒸发、剥离步骤制作电极金属得到的。
5.如权利要求1所述的背栅ZnO多纳米线沟道场效应晶体管的制作方法，其特征在于：所述步骤(4)中对ZnO纳米线进行初步固定是通过交流双向介电电泳技术，其固定步骤如下，将ZnO纳米线材料放入异丙醇溶液内超声降解，再将含有ZnO纳米线的溶液滴于底层源漏电极之间的区域；在源漏电极两端施加交流电压，形成非均匀电场，并使电场内的中性微粒产生极化，ZnO纳米线在电场的作用下，由杂乱无序的排列逐渐变为较一致的取向，实现批量ZnO纳米线的可控驱动与初步定位。
6.如权利要求1所述的背栅ZnO多纳米线沟道场效应晶体管的制作方法，其特征在于：所述步骤(5)中将ZnO纳米线放置在底层源漏电极上的步骤如下，在原子力显微镜下，利用探针精确操控指定的ZnO纳米线，将纳米线放至底层源漏电极之上，实现多根悬浮ZnO纳米线的规则排列，以及其与源漏电极的精确组装，并将多余纳米线拨离源漏电极。
7.如权利要求1所述的背栅ZnO多纳米线沟道场效应晶体管的制作方法，其特征在于：所述步骤(6)的顶层源漏电极是依次进行光刻电极图形、蒸发金属、金属剥离制得的。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20090923 |