CN102097296A - 一种半导体纳米圆环的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种半导体纳米圆环的制备方法，该方法首先在半导体衬底上涂正性光刻胶，然后基于泊松衍射的原理，通过微米级直径的圆形掩膜版对光刻胶进行曝光，得到圆环形的光刻胶，再在圆环形光刻胶的保护下对衬底进行等离子体刻蚀，在衬底表面形成壁厚为纳米尺寸的圆环形结构。本发明采用微米尺寸的光刻设备和微米尺寸的圆形掩膜制备出纳米尺寸的圆环形结构，克服了对先进光刻技术的依赖，从而有效降低了圆环形纳米结构的制备成本。

Description

一种半导体纳米圆环的制备方法
技术领域
本发明涉及一种半导体纳米材料的加工方法，尤其涉及半导体材料的纳米尺寸圆环结构的制备方法。
背景技术
纳米尺寸的圆环结构在半导体领域具有重要的应用前景。例如，对垂直结构的太阳能电池而言，圆环结构比柱状结构更能有效吸收光生载流子，从而提高电池的效率；在LED领域，研究者通常采用图形衬底技术增加光的出射效率，与常规的柱状结构的蓝宝石图形衬底相比，圆环形结构的图形衬底可更有效增加光的反射，从而有望使LED获得更高的发光效率。
由于受到光学光刻最小线宽的限制，很难通过常规的光学光刻制备出纳米尺寸的圆环结构。纳米尺寸圆环的制备往往依赖于先进的、昂贵的加工技术，例如电子束光刻、聚焦离子束光刻等等，这无疑会增加产品的生产成本。当然还可以基于化学生长技术自组装制备纳米尺寸圆环结构，例如基于气-液-固(Vapor-Liquid-Solid)的生长机制。但采用自组装技术很难保证纳米结构的一致性和均匀性。此外，与制备纳米线相比，自组装制备纳米尺度圆环结构的技术更不成熟。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的是提供一种基于泊松衍射的基本原理，利用微米尺度光刻设备低成本制备半导体材料的纳米尺寸圆环结构的方法。
为实现以上目的，本发明采取以下技术方案：
一种半导体纳米圆环的制备方法，包括以下步骤：
1)清洗半导体衬底并对衬底进行前烘；
2)在衬底上旋涂正性光刻胶；
3)在掩膜版的保护下对光刻胶进行曝光，其中掩膜版的图形区域为微米级直径的圆形；
4)对曝光后的光刻胶进行显影操作，在衬底上形成圆环形的光刻胶，然后进行后烘；
5)在圆环形光刻胶的保护下对衬底进行等离子体刻蚀；
6)去胶清洗，在衬底表面形成壁厚为纳米尺寸的圆环形结构。
本发明的方法基于泊松衍射的原理，当光照到不透光的小圆板上时，在圆板的阴影中心会出现亮斑，即所谓泊松亮斑。上述步骤3)掩膜版的图形区域为不透光的圆形，为了在曝光时发生泊松亮斑现象，使不透光的圆形掩膜版的中心下方对应的光刻胶区域也发生曝光，从而保证显影后在衬底上留下的是圆环形而非圆形的光刻胶，所述圆形的直径不能太大，需要根据曝光光线的波长进行选择。同时，圆形的直径也受光刻胶灵敏度的限制，直径太小的话可能造成显影后光刻胶完全消失。在选定光刻胶后，本领域的技术人员可以通过有限次的实验来确定匹配的波长和圆形直径。例如，对于一般的正性光刻胶(如正性光刻胶瑞红304-25)，采用通过紫外光刻设备进行紫外曝光，掩膜版圆形的直径d应该在1μm＜d＜2μm的范围内。
上述步骤1)所述衬底的材料可以为微电子和光电子领域常见的半导体材料，例如Si、Ge、GaAs等常用作器件衬底的材料，也可以为各种外延生长的半导体材料，如GaN等。
上述步骤2)可采用的正性光刻胶例如正性光刻胶瑞红304-25、AR-P 3100、AR-P 3200、AR-P 3500、AR-P 5900/4等，光刻胶的厚度优选在300纳米～4微米，更优选为1微米～3微米。
上述步骤4)优选采用波长为10nm～400nm的紫外光进行曝光，掩膜版圆形的直径d为1μm＜d＜2μm。在此条件下步骤6)形成的半导体圆环的外径在1.5微米～2微米，环壁厚(即内外径之差)约80纳米～120纳米。
本发明的技术方案具有以下优点：1、由于光刻胶灵敏度的限制，是无法基于微米尺寸的光刻设备直接利用纳米尺寸的掩膜图形制备纳米结构的，本发明利用了泊松衍射原理，采用微米尺寸的光刻设备和微米尺寸的圆形掩膜，制备出纳米尺寸的圆环形结构，克服了对先进光刻技术的依赖，从而有效降低了这种纳米结构的制备成本。2、这种技术具有可缩比性，即可以基于泊松亮斑现象，通过采用更短的波长、更小半径的圆形掩膜版、灵敏度更高的光刻胶，制备出圆环厚度和半径均在纳米范围内的各种半导体材料的圆环结构，即纳米管结构，克服了许多半导体材料纳米管无法制备的困难，为研究各种半导体材料纳米管的奇特特性奠定基础。
附图说明
图1为微米尺寸的不透光圆形掩膜图形的示意图。
图2(a)和图2(b)为在Si衬底上制备出的纳米尺寸圆环结构的扫描电子显微镜照片，其中，图2(a)为俯视图；图2(b)为45度角侧视图。
具体实施方式
下边结合附图，通过实施例对本发明进行详细的描述，但不以任何方式限制本发明的范围。
通过下述步骤制备Si纳米圆环：
1)准备并清洗Si衬底；
2)对Si衬底进行前烘；
3)在Si衬底上旋涂正性光刻胶瑞红304-25，1.7微米；
4)在掩膜版的保护下进行紫外曝光，波长365nm，时间9秒其中掩膜版的图形区域为不透光的微米尺寸的圆形，如图1所示。圆形的直径分别取1微米、1.5微米和2微米；
5)对曝光后的光刻胶进行显影操作。结果发现，直径为2微米的圆形掩膜图形对应的光刻胶图形仍然为圆形；由于受光刻胶灵敏度的限制，直径为1微米的圆形掩膜图形对应的光刻胶显影后完全消失；而直径为1.5微米的圆形掩膜图形对应的光刻胶图形为纳米尺度的圆环形；
6)在圆环形光刻胶的保护下等离子体刻蚀Si衬底材料；
7)去胶清洗，在Si衬底表面形成壁厚约为100nm左右的纳米尺寸圆环结构，如图2(a)和图2(b)所示。

Claims (7)

1.一种半导体纳米圆环的制备方法，包括以下步骤：
1)清洗半导体衬底并对衬底进行前烘；
2)在衬底上旋涂正性光刻胶；
3)在掩膜版的保护下对光刻胶进行曝光，其中掩膜版的图形区域为微米级直径的圆形；
4)对曝光后的光刻胶进行显影操作，在衬底上形成圆环形的光刻胶，然后进行后烘；
5)在圆环形光刻胶的保护下对衬底进行等离子体刻蚀；
6)去胶清洗，在衬底表面形成壁厚为纳米尺寸的圆环形结构。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述衬底的材料为Si、Ge、GaAs或GaN。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中所述正性光刻胶为瑞红304-25、AR-P3100、AR-P 3200、AR-P 3500或AR-P 5900/4。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中所旋涂的正性光刻胶的厚度为300纳米～4微米。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤2)中所旋涂的正性光刻胶的厚度为1微米～3微米。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)通过紫外光刻设备进行紫外曝光，掩膜版的图形区域为直径d在1μm＜d＜2μm范围内的圆形。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，紫外曝光中紫外光的波长为365nm，掩膜版的图形区域为直径1.5μm的圆形。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102495526A (zh) * 2011-11-16 2012-06-13 中国科学院物理研究所 光学曝光方法及其用于制备硅材料竖直中空结构的方法
CN103091982A (zh) * 2013-01-23 2013-05-08 华中科技大学 一种微米管制造工艺
CN104576322A (zh) * 2013-10-23 2015-04-29 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种金属同心圆环的制备方法
CN108682723A (zh) * 2018-05-22 2018-10-19 中国科学院半导体研究所 制备氮化镓基纳米环结构的方法
CN110573965A (zh) * 2017-02-15 2019-12-13 法国国家科学研究中心 适于包括至少一个易碎光发射器的样品的光学光刻方法
CN111453693A (zh) * 2020-04-21 2020-07-28 南方科技大学 一种纳米环的制备方法
CN112992661A (zh) * 2020-11-23 2021-06-18 重庆康佳光电技术研究院有限公司 微型led及其制程方法
CN115072656A (zh) * 2022-07-22 2022-09-20 清华大学 一种微纳结构及其制备方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102509697A (zh) * 2011-11-01 2012-06-20 北京大学 一种制备超细线条的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1158361A1 (en) * 1999-08-10 2001-11-28 Nikon Corporation Photomask, method for manufacturing the same, projection aligner using the photomask, and projection exposing method
CN1483661A (zh) * 2003-07-05 2004-03-24 吉林大学 二维有序纳米环、纳米孔和纳米自组装单层膜的制备方法
CN1966397A (zh) * 2006-11-23 2007-05-23 南京大学 气相自组装生长硅量子环纳米结构的制备方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100345008C (zh) * 2005-06-29 2007-10-24 浙江工业大学 一种超分辨微结构衍射光学元件的制作方法
JP4842164B2 (ja) * 2007-02-02 2011-12-21 富士通セミコンダクター株式会社 フォトマスク及び半導体装置の製造方法
CN100563036C (zh) * 2007-07-11 2009-11-25 中国科学院半导体研究所 一种利用图形化衬底提高GaN基LED发光效率的方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1158361A1 (en) * 1999-08-10 2001-11-28 Nikon Corporation Photomask, method for manufacturing the same, projection aligner using the photomask, and projection exposing method
CN1483661A (zh) * 2003-07-05 2004-03-24 吉林大学 二维有序纳米环、纳米孔和纳米自组装单层膜的制备方法
CN1966397A (zh) * 2006-11-23 2007-05-23 南京大学 气相自组装生长硅量子环纳米结构的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《MICROELECTRONIC ENGINEERING 》 20091130 Pennelli Giovanni等 Top down fabrication of long silicon nanowire devices by means of lateral oxidation , *

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102495526B (zh) * 2011-11-16 2014-11-26 中国科学院物理研究所 光学曝光方法及其用于制备硅材料竖直中空结构的方法
CN102495526A (zh) * 2011-11-16 2012-06-13 中国科学院物理研究所 光学曝光方法及其用于制备硅材料竖直中空结构的方法
CN103091982A (zh) * 2013-01-23 2013-05-08 华中科技大学 一种微米管制造工艺
CN103091982B (zh) * 2013-01-23 2014-06-18 华中科技大学 一种微米管制造工艺
CN104576322A (zh) * 2013-10-23 2015-04-29 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种金属同心圆环的制备方法
CN104576322B (zh) * 2013-10-23 2017-07-18 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种金属同心圆环的制备方法
CN110573965A (zh) * 2017-02-15 2019-12-13 法国国家科学研究中心 适于包括至少一个易碎光发射器的样品的光学光刻方法
CN110573965B (zh) * 2017-02-15 2021-08-13 法国国家科学研究中心 适于包括至少一个易碎光发射器的样品的光学光刻方法
CN108682723A (zh) * 2018-05-22 2018-10-19 中国科学院半导体研究所 制备氮化镓基纳米环结构的方法
CN108682723B (zh) * 2018-05-22 2019-07-05 中国科学院半导体研究所 制备氮化镓基纳米环结构的方法
CN111453693A (zh) * 2020-04-21 2020-07-28 南方科技大学 一种纳米环的制备方法
CN112992661A (zh) * 2020-11-23 2021-06-18 重庆康佳光电技术研究院有限公司 微型led及其制程方法
CN112992661B (zh) * 2020-11-23 2021-11-23 重庆康佳光电技术研究院有限公司 微型led及其制程方法
CN115072656A (zh) * 2022-07-22 2022-09-20 清华大学 一种微纳结构及其制备方法

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