CN1475798A - 二氧化锡纳米传感器件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种二氧化锡纳米传感器件的制造方法，属半导体传感器气敏元件制造工艺技术领域。该发明方法主要采用AFM微细加工技术，控制探针尖端电压和扫描方式条件下以及在水分子存在的条件下，对金属锡电极表面进行局部阳极氧化，从而加工得到二氧化锡纳米结构传感器件。本发明方法制得的二氧化锡纳米传感器在常温下对氢气非常敏感，同时具有很好的选择性，可以作为检测环境中氢气浓度的传感器。
Description
技术领域
本发明涉及一种二氧化锡纳米传感器件的制造方法，属半导体传感器气敏元件制造工艺技术领域。
背景技术
利用纳米传感材料的新物性、新原理设计纳米传感器已成为传感技术领域的热点。由于纳米传感材料和结构单元的尺度(1-100nm)同物质中的许多特征长度相当，采用纳米传感材料和结构研制的传感器件的物理、化学特性及其敏感特性将有很大的变异。因此它为传感领域发现新原理、认识新规律，建立新理论，进行新型纳米传感原理研究和器件构筑创造了条件。
近年来微细加工技术研究领域取得了很大进展，制备量子点、量子线，以及具有量子效应的量子器件的研究受到深入的研究。但是，量子效应一般在纳米尺度才会产生，而采用常规技术加工制备尺度在10nm以下的纳米尺度器件，目前仍然存在很多技术困难。因此，一些新的纳米尺度加工技术，例如扫描探针显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM)受到研究者的重视。
AFM微细加工技术的原理，是在探针和样品之间加上阳极电压，在水分子存在的条件下，对样品表面纳米尺度的局部区域进行氧化，从而加工得到纳米结构和纳米器件。据文献报道，1990年A.Dagata等第一次成功地在Si表面进行了局部氧化。H.Sugimura等提出了有吸附水存在时表面阳极氧化的原理。E.S.Snow等首次利用AFM微细加工技术制备纳米器件，制备了Ti量子线。K.Matsumoto等利用Ti量子线制备了室温下工作的单电子晶体管。从此之后，利用AFM进行微细加工成为可能.近年来在硅片表面利用AFM进行局部氧化的工作越来越多。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用AFM微细加工技术制备尺寸在纳米范围内的二氧化锡纳米传感器件。
本发明的一种二氧化锡纳米传感器件的制造方法，主要采用AFM微细加工技术，控制探针尖端电压和扫描方式条件下以及在水分子存在的条件下，对物质表面进行局部阳极氧化，从而加工得到纳米结构和纳米器件，其特征在于，该方法包括以下几个工艺步骤：
a.选用硅衬底材料，采用(100)硅片作为硅衬底，并以半导体工艺通用的清洗
工艺流程进行清洗；
b.采用热氧化方法在硅片表面制备二氧化硅绝缘层，热氧化工艺为半导体工艺，
二氧化硅绝缘层的厚度为10nm到300nm；
c.采用蒸发法制备金属锡薄膜，在真空蒸发镀膜机中将纯金属锡蒸发沉积在上
述硅衬底上，形成尺寸在100um×100um的金属锡电极图形；蒸发镀膜时真空
度为10-5Torr以上，金属锡薄膜厚度为小于10nm；
d.采用AFM微细加工技术，在AFM的探针尖端与锡薄膜层之间施加电压，在外
加电场作用下金属锡被氧化为二氧化锡；同时移动探针进行扫描，可得到纳
米氧化锡条形图形即纳米线；
e.加工好二氧化锡纳米线后，在锡电极的两端焊接金引线，然后封装成型，制
得二氧化锡纳米传感器件。
本发明方法中AFM阳极局部氧化的原理如下：在环境存在一定的相对湿度条件下，本发明工艺所形成的Sn/SiO2/Si表面存在厚度在纳米范围的吸附水层，当探针尖端靠近表面时，由于表面张力的作用，将水分子将探针尖端与表面连接起来。当在探针与表面之间施加外加电压时，在表面产生电化学反应，使探针尖端接触部位的金属薄膜发生阳极氧化，同时在探针表面水分子发生还原反应，探针与表面之间产生电流。
探针尖端的阴极反应为：
金属锡薄膜表面的阳极反应为：
本发明的优点和效果是：由于采用AFM阳极氧化方法，在控制探针尖端电压和扫描方式的条件下，可以制备尺寸在纳米范围内的二氧化锡纳米传感器件。本发明方法制得的二氧化锡纳米传感器在常温下对氢气非常敏感，同时具有很好的选择性。
附图说明
图1为本发明的二氧化锡纳米传感器的结构示意图。
其中：1—金属锡电极，2—氧化锡纳米线，3—二氧化硅绝缘层，4—硅衬底
图2为本发明中AFM阳极氧化法原理示意图
具体实施方式
现结合附图和实施例将本发明进一步叙述于后：
实施例一：参见图1，本发明方法主要包括以下几个工艺步骤：
a.选用硅衬底材料，采用(100)硅片作为硅衬底4，并以半导体工艺通用的清
洗工艺流程进行清洗；
b.采用热氧化方法在硅片表面制备二氧化硅绝缘层3，热氧化工艺为半导体工
艺，二氧化硅绝缘层3的厚度为10nm到300nm；
c.采用蒸发法制备金属锡薄膜，在真空蒸发镀膜机中将纯金属锡(纯度为99.99％
以上)蒸发沉积在上述硅衬底上，形成尺寸在100um×100um的金属锡电极1，
其形状为哑铃形；两侧为圆形，中间有相连接的长条；蒸发镀膜时真空度为
10-5Torr以上，金属锡薄膜厚度为小于10nm；
d.采用AFM微细加工技术，在AFM的探针尖端与锡薄膜层之间施加电压，电
压为15V，在外加电场作用下金属锡被氧化为二氧化锡；同时移动探针进行
扫描，扫描速度1μm/s，可得到纳米氧化锡条形图形，即二氧化锡纳米线2，
它位于金属锡电极1的中间长条部位；得到的二氧化锡纳米线宽度150nm，
长度5μm，高度15nm。
e.加工好二氧化锡纳米线后，在锡电极1的两端焊接金引线，然后封装成型，
制得二氧化锡纳米传感器件。
本发明方法制得的二氧化锡纳米传感器在常温下对氢气非常敏感，同时具有很好的选择性，可以作为检测环境中氢气浓度的传感器。
Claims (2)
1.一种二氧化锡纳米传感器件的制造方法，主要采用AFM微细加工技术，控制探针尖端电压和扫描方式条件下以及在水分子存在的条件下，对物质表面进行局部阳极氧化，从而加工得到纳米结构和纳米器件，其特征在于，该方法包括以下几个工艺步骤：
a.选用硅衬底材料，采用(100)硅片作为硅衬底，并以半导体工艺通用的清洗
工艺流程进行清洗；
b.采用热氧化方法在硅片表面制备二氧化硅绝缘层，热氧化工艺为半导体工艺，
二氧化硅绝缘层的厚度为10nm到300nm；
c.采用蒸发法制备金属锡薄膜，在真空蒸发镀膜机中将纯金属锡蒸发沉积在上
述硅衬底上，形成尺寸在100um×100um的金属锡电极图形；蒸发镀膜时真空
度为10-5Torr以上，金属锡薄膜厚度为小于10nm；
d.采用AFM微细加工技术，在AFM的探针尖端与锡薄膜层之间施加电压，在
外加电场作用下金属锡被氧化为二氧化锡；同时移动探针进行扫描，可得到
纳米氧化锡条形图形即纳米线；
e.加工好二氧化锡纳米线后，在锡电极的两端焊接金引线，然后封装成型，制
得二氧化锡纳米传感器件。
2.根据权利要求1所述的一种二氧化锡纳米传感器件的制造方法，其特征在于，所述的AFM微细加工技术中所施加的外加电压15V，探针扫描速度1μm/s，得到的二氧化锡纳米线宽度150nm，长度5μm，高度15nm。
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