納米線陣列制備方法、納米線陣列集成器件及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種納米線陣列制備方法、納米線陣列集成器件及其制備方法，本發(fā)明的納米線陣列的制備方法，包括：在襯底上刻蝕出呈矩陣排列的方形凸臺(tái)；在刻蝕后的襯底上表面及方形凸臺(tái)上表面蒸鍍掩膜層；在方形凸臺(tái)上刻蝕出等間距的梯形槽；在梯形槽側(cè)壁上生長(zhǎng)異質(zhì)結(jié)納米線；在相鄰的異質(zhì)結(jié)納米線的間隙中填充絕緣介質(zhì)。該制備方法制備的納米線陣列和納米線陣列集成器件可批量生長(zhǎng)，且具有方向性，有序性；并且生長(zhǎng)的微納材料具有可控性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
納米線陣列制備方法、納米線陣列集成器件及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體納米器件技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種納米線陣列制備方法、納米線陣列集成器件及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]通常所說(shuō)的納米陣列是指納米線、納米棒及納米管等一維納米材料或納米片、納米帶等二維納米結(jié)構(gòu)及納米花、納米樹(shù)等三維納米結(jié)構(gòu)在一定的空間范圍內(nèi)有序排列形成的陣列。它們具有比無(wú)序的納米材料更加突出的表面效應(yīng)、量子效應(yīng)等優(yōu)異性能。通過(guò)控制陣列中的納米結(jié)構(gòu)單元的排列方式，可以組裝成具有特定形貌和尺寸的納米結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)其光、電、磁等特性的改進(jìn)。因此，制備高度有序的納米陣列對(duì)于研究納米超微型結(jié)構(gòu)的性能和開(kāi)發(fā)新型實(shí)用的光電器件具有重大意義。
[0003]基于半導(dǎo)體納米線的陣列器件，因其構(gòu)造基元、制備、結(jié)構(gòu)、功能的獨(dú)特性，吸引了廣泛的關(guān)注。場(chǎng)效應(yīng)晶體管、光電探測(cè)器、太陽(yáng)能電池、發(fā)光二極管、激光器等原型器件被陸續(xù)研制。納米線基元的生長(zhǎng)結(jié)合器件的制備，突破傳統(tǒng)工藝的限制，拓展微納器件的實(shí)現(xiàn)途徑;新穎的器件結(jié)構(gòu)及其包含特征的物理尺寸，如亞波長(zhǎng)尺寸的納米線直徑，展現(xiàn)許多新效應(yīng)和新功能。納米線和半導(dǎo)體器件學(xué)兩個(gè)領(lǐng)域的前沿交叉，具有重要的研究?jī)r(jià)值。
[0004]氮化鎵(GaN)基高電子迀移率晶體管(HEMT)具有大的禁帶寬度、高電子飽和速度、異質(zhì)結(jié)界面的高二維電子氣濃度、高擊穿電壓以及高的熱導(dǎo)率，這一系列特性使它在高頻、高功率、高溫等領(lǐng)域得到了廣泛的認(rèn)可。由于納米線幾乎不存在位錯(cuò)，大幅度減少了界面散射，有效提升了晶體表面平整度，提高了界面質(zhì)量。因此納米線陣列對(duì)于HEMT器件的性能研究及應(yīng)用具有廣泛前景。
[0005]但目前高質(zhì)量的納米線陣列有序生長(zhǎng)還不成熟，且操作難度大，具有不可控性，成功率低的特點(diǎn)，嚴(yán)重限制了納米線器件優(yōu)異的性能?，F(xiàn)有的納米線器件通過(guò)剝離轉(zhuǎn)移到新襯底上，排列具有分布不均性，無(wú)序性，隨機(jī)性，大大降低了成品率，從而影響了納米線器件的測(cè)試及性能研究。況且納米線陣列器件的設(shè)計(jì)工藝復(fù)雜，步驟繁瑣，給器件制備帶來(lái)困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種納米線陣列制備方法、納米線陣列集成器件及其制備方法，該制備方法制備的納米線陣列和納米線陣列集成器件可批量生長(zhǎng)，且具有方向性，有序性;并且生長(zhǎng)的微納材料具有可控性。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種納米線陣列的制備方法，包括如下步驟:
[0008]在襯底上刻蝕出呈矩陣排列的方形凸臺(tái)；
[0009]在刻蝕后的襯底上表面及所述方形凸臺(tái)上表面蒸鍍掩膜層；
[0010]在所述方形凸臺(tái)上刻蝕出等間距的梯形槽；
[0011 ]在所述梯形槽側(cè)壁上生長(zhǎng)異質(zhì)結(jié)納米線；
[0012]在相鄰的所述異質(zhì)結(jié)納米線的間隙中填充絕緣介質(zhì)。
[0013]可選的，所述在襯底上刻蝕呈矩陣排列的若干方形凸臺(tái)，具體包括如下步驟:
[0014]在所述襯底上旋涂光刻正膠；
[0015]利用曝光在所述襯底上表面形成呈矩陣排列的方形圖形；
[0016]利用顯影液顯影所述方形圖形；
[0017]采用電感耦合等離子體干法刻蝕未被光刻正膠掩蓋部分，刻蝕深度4?Sum。
[0018]可選的，所述在所述方形凸臺(tái)上刻蝕出等間距的梯形槽，具體包括如下步驟:
[0019]在所述方形凸臺(tái)上旋涂光刻正膠；
[0020]利用等間距條紋光刻板曝光，在所述方形凸臺(tái)上表面形成等間距條紋圖形；
[0021]利用顯影液顯影所述等間距條紋圖形；
[0022]采用刻蝕溶液刻蝕未被光刻正膠覆蓋的所述方形凸臺(tái)上的掩膜層，刻蝕深度等于所述掩膜層的厚度；
[0023]對(duì)刻蝕后的方形凸臺(tái)去膠；
[0024]根據(jù)設(shè)定的梯形槽刻蝕深度，采用刻蝕液濕法刻蝕去膠后的方形凸臺(tái)，形成等間距的梯形槽。
[0025]可選的，所述在所述梯形槽側(cè)壁上生長(zhǎng)異質(zhì)結(jié)納米線，具體包括如下步驟:
[0026]在所述梯形槽側(cè)壁向槽內(nèi)延伸方向依次生長(zhǎng)緩沖層、核層、插入層和殼層，形成異質(zhì)結(jié)納米線。
[0027]本發(fā)明還提供了一種納米線陣列集成器件的制備方法，包括如下步驟:
[0028]按照上述的納米線陣列的制備方法制備納米線陣列；
[0029]在所述方向凸臺(tái)上的位于所述異質(zhì)結(jié)納米線的兩端分別蒸鍍垂直于所述異質(zhì)結(jié)納米線的源極和漏極；
[0030]在所述源極與所述漏極中間蒸鍍平行于所述源極與所述漏極的柵極。
[0031]可選的，所述在所述方向凸臺(tái)上的位于所述異質(zhì)結(jié)納米線的兩端分別蒸鍍垂直于所述異質(zhì)結(jié)納米線的源極和漏極，具體包括如下步驟:
[0032]在所述方向凸臺(tái)上的位于所述異質(zhì)結(jié)納米線的兩端分別光刻出源極圖形和漏極圖形；
[0033]采用電子束蒸鍍方法在所述源極圖形處蒸鍍?cè)礃O；
[0034]采用電子束蒸鍍方法在所述漏極圖形處蒸鍍漏極；
[0035]剝離金屬。
[0036]可選的，所述在所述源極與所述漏極中間蒸鍍平行于所述源極與所述漏極的柵極，具體包括如下步驟:
[0037]在所述源極與所述漏極中間的所述方形凸臺(tái)上光刻出柵極圖形；
[0038]采用電子束蒸鍍方法在所述柵極圖形處蒸鍍柵極；
[0039]剝離金屬。
[0040]本發(fā)明根據(jù)上述制備方法制備的一種納米線陣列集成器件，包括:
[0041]襯底，所述襯底為單晶娃；
[0042]方形凸臺(tái)，所述方形凸臺(tái)設(shè)于所述襯底上，且呈矩陣排列;所述方形凸臺(tái)上表面設(shè)有等間距的梯形槽，所述梯形槽的側(cè)壁設(shè)有異質(zhì)結(jié)納米線，相鄰所述異質(zhì)結(jié)納米線之間填充有絕緣介質(zhì)；
[0043]掩膜層，所述掩膜層為二氧化硅掩膜層，分別設(shè)于所述襯底上表面和所述方形凸臺(tái)上表面；
[0044]漏極和源極，所述漏極和所述源極分別設(shè)于所述每一所述方形凸臺(tái)上的所述異質(zhì)結(jié)納米線的兩端;所述漏極與所述源極之間設(shè)有柵極。
[0045]可選的，所述異質(zhì)結(jié)納米線為三棱柱型，所述異質(zhì)結(jié)納米線包括緩沖層、核層、插入層和殼層，所述緩沖層與所述梯形槽側(cè)壁貼合設(shè)置，所述緩沖層與所述殼層構(gòu)成三棱柱空心殼體，所述核層為三棱柱并設(shè)于所述三棱柱空心殼體的空腔內(nèi)且與所述緩沖層貼合，所述插入層設(shè)于所述核層與所述殼層之間。
[0046]可選的，所述緩沖層為AlN層，所述核層為GaN層，所述插入層為AlN層，所述殼層為未摻雜AlGaN層;或所述殼層由未摻雜AlGaN層與摻Si的n-AlGaN層構(gòu)成的殼層;或所述殼層由未摻雜AlGaN層與摻Si的n-AlGaN層構(gòu)成的殼層，所述殼層上表面還設(shè)有未摻雜GaN帽層。
[0047]根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開(kāi)了以下技術(shù)效果:本發(fā)明提供的納米線陣列的制備方法采用ICP(電感耦合等離子體刻蝕)技術(shù)預(yù)先在襯底上刻蝕出呈矩陣排列的方向凸臺(tái)，該方形凸臺(tái)作為納米線陣列的生長(zhǎng)凸臺(tái)，使得納米線陣列可批量生長(zhǎng)，且具有方向性，有序性。本發(fā)明的制備方法中還在方形凸臺(tái)上刻蝕等間距的梯形槽，本發(fā)明可通過(guò)梯形槽的深度、長(zhǎng)度以及生長(zhǎng)時(shí)間有效的控制納米線陣列的寬度、長(zhǎng)度、厚度，從而有效提高圖形襯底上外延生長(zhǎng)的微納材料可控性。而且本發(fā)明利用絕緣介質(zhì)材料隔離了納米線與襯底，納米線與納米線，克服了短路，漏電難題，將納米線的外延生長(zhǎng)與器件制備有機(jī)結(jié)合在一起，大大簡(jiǎn)化制作工藝，提供成品率，更適用于實(shí)際應(yīng)用及研究。
【附圖說(shuō)明】
[0048]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0049]圖1為本發(fā)明提供的納米線陣列的制備方法的總體流程圖；
[0050]圖2為本發(fā)明提供的納米線陣列的制備方法中在襯底上刻蝕出呈矩陣排列的方形凸臺(tái)的流程圖；
[0051]圖3為本發(fā)明提供的納米線陣列的制備方法中在方形凸臺(tái)上刻蝕出等間距的梯形槽的流程圖；
[0052]圖4為本發(fā)明提供的納米線陣列集成器件的制備方法的總體流程圖；
[0053]圖5是本發(fā)明提供的納米線陣列集成器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0054]圖6是本發(fā)明提供的納米線陣列集成器件的方形凸臺(tái)的示意圖；
[0055]圖7是本發(fā)明提供的納米線陣列集成器件的梯形槽側(cè)壁上異質(zhì)結(jié)納米線結(jié)構(gòu)示意圖；
[0056]圖8是本發(fā)明提供的納米線陣列集成器件的單個(gè)生長(zhǎng)凸臺(tái)上納米線絕緣隔離處理結(jié)構(gòu)示意圖；
[0057]圖9是本發(fā)明提供的納米線陣列集成器件的單個(gè)生長(zhǎng)凸臺(tái)上蒸鍍電極的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0058]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0059]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0060]本發(fā)明提供的一種納米線陣列的制備方法的實(shí)施例如下:
[0061 ] 實(shí)施例1:
[0062]圖1為本發(fā)明提供的一種納米線陣列的制備方法的總體流程圖；如圖1所示，本發(fā)明提供的一種納米線陣列的制備方法，包括:
[0063]步驟101:在襯底上刻蝕出呈矩陣排列的方形凸臺(tái)；該襯底為單晶硅襯底；
[0064]步驟102:在刻蝕后的襯底上表面及所述方形凸臺(tái)上表面蒸鍍掩膜層;該掩膜層為100?200]11]1厚的二氧化娃層；
[0065]步驟103:在所述方形凸臺(tái)上刻蝕出等間距的梯形槽；
[0066]步驟104:在所述梯形槽側(cè)壁上生長(zhǎng)異質(zhì)結(jié)納米線；
[0067]具體的，先將刻蝕好梯形槽的襯底放入金屬有機(jī)化學(xué)氣象沉積系統(tǒng)反映腔中，在梯形槽的側(cè)壁上首先生長(zhǎng)AlN緩沖層，以減少外延GaN核層的應(yīng)力;再在AlN緩沖層上依次生長(zhǎng)GaN核層、AlN插入層和AlGaN殼層，以形成由GaN核層、AlN插入層和AlGaN殼層構(gòu)成的GaN/AlN/AlGaN異質(zhì)結(jié)納米線;可選的，在AlGaN殼層外生長(zhǎng)GaN帽層，以形成由GaN核層、AlN插入層、AlGaN殼層和GaN帽層構(gòu)成的GaN/AlN/AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)納米線；當(dāng)然也可以是其他物質(zhì)成構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)納米線。
[0068]由于外延異質(zhì)結(jié)納米線材料采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積技術(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)有機(jī)源、生長(zhǎng)溫度、反應(yīng)腔體氣壓、生長(zhǎng)時(shí)間等參數(shù)?？梢灾苽涑鯣aN、GaN/AlN/AlGaN、GaN/AlN/AlGaN/GaN等異質(zhì)結(jié)微納陣列結(jié)構(gòu)。
[0069]步驟105:在相鄰的所述異質(zhì)結(jié)納米線的間隙中填充絕緣介質(zhì)；其中絕緣介質(zhì)為SOG(硅-玻璃鍵合結(jié)構(gòu)材料)，絕緣介質(zhì)將襯底與納米線、納米線與納米線隔離，克服了短路和漏電的難題;填充絕限介質(zhì)的方法可以是旋涂、蒸鍍或?yàn)R射等。
[0070]在上述實(shí)施例中，圖2為在襯底上刻蝕出呈矩陣排列的方形凸臺(tái)的流程圖，如圖2所示，步驟101具體可以包括:
[0071]步驟1011:在所述襯底上旋涂光刻正膠；該光刻正膠的型號(hào)為RFJ-220;旋涂之后熱臺(tái)上烘烤3?5分鐘，使光刻正膠更牢固的粘合于襯底上；
[0072]步驟1012:利用曝光在所述襯底上表面形成呈矩陣排列的方形圖形;本步驟中，先安裝設(shè)置好的凸臺(tái)光刻板，通過(guò)紫外線曝光；
[0073 ] 步驟1013:利用顯影液顯影所述方形圖形;該顯影液的型號(hào)為RZX-3038 ；
[0074]步驟1014:采用電感耦合等離子體干法刻蝕未被光刻正膠掩蓋部分，刻蝕深度4?8um0
[0075]其中，刻蝕出方形凸臺(tái)后還包括依次采用丙酮、異丙醇和去離子水清洗刻蝕后的襯底，以保證襯底和方形凸臺(tái)的清潔，避免后續(xù)生長(zhǎng)的納米線存在雜質(zhì)，提高了納米線的質(zhì)量;通過(guò)光刻技術(shù)，可以控制刻蝕方形凸臺(tái)的大小、高度以及排列方式，實(shí)現(xiàn)了可批量生長(zhǎng)納米線陣列，使得納米線陣列的生長(zhǎng)具有方向性和有序性。
[0076]在本實(shí)施例中，圖3為在方形凸臺(tái)上刻蝕出等間距的梯形槽的流程圖，如圖3所示，步驟103具體可以包括:
[0077]步驟1031:在所述方形凸臺(tái)上旋涂光刻正膠；該光刻正膠的型號(hào)為RFJ-220;旋涂之后熱臺(tái)上烘烤3?5分鐘，使光刻正膠更牢固的粘合于襯底上；
[0078]步驟1032:利用等間距條紋光刻板曝光，在所述方形凸臺(tái)上表面形成等間距條紋圖形;在曝光前需要將等間距條紋光刻板與方形凸臺(tái)對(duì)位，對(duì)位準(zhǔn)確后在進(jìn)行曝光，以保證曝光等間距條形圖形的準(zhǔn)確性；
[0079]步驟1033:利用顯影液顯影所述等間距條紋圖形；
[0080]步驟1034:采用刻蝕溶液BOE(二氧化硅刻蝕液)刻蝕未被光刻正膠覆蓋的所述方形凸臺(tái)上的掩膜層，刻蝕深度等于所述掩膜層的厚度;其中，Β0Ε溶液中NH4F、H20和HF的體積比為I?3:1?5:1;掩膜層的厚度為100?200nm，因此，梯形槽的刻蝕深度為100?200nm;[0081 ]步驟1035:采用丙酮對(duì)刻蝕后的方形凸臺(tái)去膠；
[0082]步驟1036:根據(jù)設(shè)定的梯形槽刻蝕深度，采用氫氧化鉀(KOH)刻蝕液濕法刻蝕去膠后的方形凸臺(tái)，形成等間距的梯形槽。
[0083]在步驟1031之前還包括依次采用丙酮和異丙醇對(duì)二氧化硅掩膜層表面進(jìn)行超聲波清洗并烘干，以保證旋涂的光刻正膠能夠與二氧化硅掩膜層牢粘合。
[0084]由于刻蝕了梯形槽，那么通過(guò)方形凸臺(tái)上梯形槽的長(zhǎng)度和深度即可控制異質(zhì)結(jié)納米線的長(zhǎng)度、寬度，實(shí)現(xiàn)了有效提高圖形襯底上外延生長(zhǎng)的微納材料可控性。
[0085]本發(fā)明提供的一種納米線陣列集成器件的制備方法的實(shí)施例如下:
[0086]實(shí)施例1:
[0087]本發(fā)明還提供了一種納米線陣列集成器件的制備方法，如圖4所示，圖4為納米線陣列集成器件的制備方法的流程圖，包括:
[0088]步驟201:按照上述實(shí)施例中的納米線陣列的制備方法制備納米線陣列；
[0089]步驟202:在所述方向凸臺(tái)上的位于所述異質(zhì)結(jié)納米線的兩端分別蒸鍍垂直于所述異質(zhì)結(jié)納米線的源極和漏極；
[0090]具體的，先在所述方向凸臺(tái)上的位于所述異質(zhì)結(jié)納米線的兩端分別光刻出源極圖形和漏極圖形;再采用電子束蒸鍍方法在所述源極圖形處蒸鍍?cè)礃O；以及采用電子束蒸鍍方法在所述漏極圖形處蒸鍍漏極;最后剝離金屬。
[0091]步驟203:在所述源極與所述漏極中間蒸鍍平行于所述源極與所述漏極的柵極;具體的，先在所述源極與所述漏極中間的所述方形凸臺(tái)上光刻出柵極圖形;再采用電子束蒸鍍方法在所述柵極圖形處蒸鍍柵極;最后剝離金屬。
[0092]本制備方法充分利用圖形襯底生長(zhǎng)納米線陣列，既發(fā)揮了外延生長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)，又將器件制備緊密結(jié)合，解決了納米線器件集成的無(wú)序性和不可控性，有效簡(jiǎn)化工藝步驟，降低陣列器件制備難度，提供成品率，本制備方法可廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體納米器件領(lǐng)域中，更適用于實(shí)際應(yīng)用及研究。
[0093]實(shí)施例2:結(jié)合參考圖5-9，利用光刻膠做掩膜，結(jié)合光刻技術(shù)和ICP技術(shù)制備出方形凸臺(tái)2，方形凸臺(tái)2高度4?8um。
[0094]在襯底I表面蒸鍍100?200nm厚的二氧化硅掩膜層3，采用丙酮和異丙醇對(duì)二氧化硅掩膜層3表面進(jìn)行超聲清洗并烘干，在掩膜層3上旋涂光刻正膠;然后采用設(shè)定間距的等間距條紋光刻板進(jìn)行曝光，條紋間距3?6um;隨后進(jìn)行顯影，去除被曝光的光刻正膠，剩下的光刻膠構(gòu)成條紋圖形；用BOE溶液刻蝕未被光刻膠覆蓋的二氧化硅掩膜層3，刻蝕深度恰好是掩膜層3的厚度100?200nm;隨后KOH溶液濕法刻蝕沒(méi)有掩膜層3覆蓋的部位，刻蝕深度為I?I.5um，使側(cè)面露出Si面，最終形成梯形槽21，相鄰梯形槽21的間距約3?6um。
[0095]將制備好的圖形襯底I放置于金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)(MOCVD)反應(yīng)腔中，首先在梯形槽21側(cè)壁上生長(zhǎng)20nm AlN緩沖層221;接著在緩沖層221上生長(zhǎng)GaN/AlN/AlGaN異質(zhì)結(jié)納米線，其中包括1.5um厚的GaN核層222，1.8nm后的AlN插入層223，25nm厚的未摻雜AlGaN殼層224。異質(zhì)結(jié)納米線每一層的厚度可根據(jù)具體器件的工藝參數(shù)的要求進(jìn)行設(shè)置，不局限于本實(shí)施例中所記載的厚度數(shù)值。
[0096]依次通過(guò)丙酮、異丙醇、去離子水清洗外延片，采用等離子體處理襯底I表面;采用勻膠機(jī)旋涂絕緣介質(zhì)4于外延片上，勻膠機(jī)轉(zhuǎn)速2000r/min;觀察旋涂厚度，使用HF(氫氟酸)溶液刻蝕一定厚度，使剛露出納米線頂層，而絕緣電介質(zhì)4填充納米線間隙，將Si襯底I隔離。
[0097]通過(guò)光刻做出電極圖形，隨后使用電子束蒸鍍方法在異質(zhì)結(jié)納米線陣列上端蒸鍍由Ti/Al/Ni/Au構(gòu)成的條形電極，各成分的厚度分別為20?25nm、80?100nm、20?25nm和25?50nm，并且和納米線陣列方向垂直，構(gòu)成器件的漏極5和源極6。在漏極5和源極6之間蒸鍍由Ni/Au構(gòu)成的條形電極，各成分的厚度分別為80?10nm和25?50nm，作為柵極7 ο
[0098]實(shí)施例3，結(jié)合參考圖5-9，利用光刻膠做掩膜，結(jié)合光刻技術(shù)和ICP技術(shù)制備出方形凸臺(tái)2，方形凸臺(tái)2高度4?8um。
[0099]在襯底I表面蒸鍍100?200nm厚的二氧化硅掩膜層3，采用丙酮和異丙醇對(duì)二氧化硅掩膜層3表面進(jìn)行超聲清洗并烘干，在掩膜層3上旋涂光刻正膠;然后采用設(shè)定間距的等間距條紋光刻板進(jìn)行曝光，條紋間距3?6um;隨后進(jìn)行顯影，去除被曝光的光刻正膠，剩下的光刻膠構(gòu)成條紋圖形；用BOE溶液刻蝕未被光刻膠覆蓋的二氧化硅掩膜層3，刻蝕深度恰好是掩膜層3的厚度100?200nm;隨后KOH溶液濕法刻蝕沒(méi)有掩膜層3覆蓋的部位，刻蝕深度為I?I.5um，使側(cè)面露出Si面，最終形成梯形槽21，相鄰梯形槽21的間距約5?6um。
[0100]將制備好的圖形襯底I放置于金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)(MOCVD)反應(yīng)腔中，首先在梯形槽21側(cè)壁上生長(zhǎng)20nm AlN緩沖層221;接著在緩沖層221上生長(zhǎng)GaN/AlN/AlGaN異質(zhì)結(jié)納米線，其中包括1.5um厚的GaN核層222，1.8nm后的AlN插入層223，25nm厚的AlGaN殼層224其中包括8nm厚的未摻雜AlGaN和17nm厚的摻Si的n-AlGaN，摻雜AlGaN—方面提供二維電子氣濃度，另一方面有利于接觸，而未摻雜的AlGaN隔離摻雜的Si，減少其散射影響迀移率。
[0101]依次通過(guò)丙酮、異丙醇、去離子水清洗外延片，采用等離子體處理襯底I表面;采用勻膠機(jī)旋涂絕緣介質(zhì)4于外延片上，勻膠機(jī)轉(zhuǎn)速2000r/min;觀察旋涂厚度，使用HF(氫氟酸)溶液刻蝕一定厚度，使剛露出納米線頂層，而絕緣電介質(zhì)4填充納米線間隙，將Si襯底I隔離。
[0102]通過(guò)光刻做出電極圖形，隨后使用電子束蒸鍍方法在異質(zhì)結(jié)納米線陣列上端蒸鍍由Ti/Al/Ni/Au構(gòu)成的條形電極，各成分的厚度分別為20?25nm、80?100nm、20?25nm和25?50nm，并且和納米線陣列方向垂直，構(gòu)成器件的漏極5和源極6。在漏極5和源極6之間蒸鍍由Ni/Au構(gòu)成的條形電極，各成分的厚度分別為80?10nm和25?50nm，作為柵極7 ο
[0103]實(shí)施例4，結(jié)合參考圖5-9，利用光刻膠做掩膜，結(jié)合光刻技術(shù)和ICP技術(shù)制備出方形凸臺(tái)2，方形凸臺(tái)2高度4?8um。
[0104]在襯底I表面蒸鍍150nm厚的二氧化硅掩膜層3，采用丙酮和異丙醇對(duì)二氧化硅掩膜層3表面進(jìn)行超聲清洗并烘干，在掩膜層3上旋涂光刻正膠;然后采用設(shè)定間距的等間距條紋光刻板進(jìn)行曝光，條紋間距3?6um;隨后進(jìn)行顯影，去除被曝光的光刻正膠，剩下的光刻膠構(gòu)成條紋圖形；用BOE溶液刻蝕未被光刻膠覆蓋的二氧化硅掩膜層3，刻蝕深度恰好是掩膜層3的厚度100?200nm;隨后KOH溶液濕法刻蝕沒(méi)有掩膜層3覆蓋的部位，刻蝕深度為I?1.5um，使側(cè)面露出Si面，最終形成梯形槽21，相鄰梯形槽21的間距約3?6um。
[0105]將制備好的圖形襯底I放置于金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)(MOCVD)反應(yīng)腔中，首先在梯形槽21側(cè)壁上生長(zhǎng)20nm AlN緩沖層221;接著在緩沖層221上生長(zhǎng)GaN/AlN/AlGaN異質(zhì)結(jié)納米線，其中包括1.5um厚的GaN核層222，1.8nm后的AlN插入層223，25nm厚的AlGaN殼層224其中包括8nm厚的未摻雜AlGaN和17nm厚的摻Si的n-AlGaN，摻雜AlGaN—方面提供二維電子氣濃度，另一方面有利于接觸，而未摻雜的AlGaN隔離摻雜的Si，減少其散射影響迀移率。帽層為未摻雜的GaN(5nm)，用來(lái)減少漏電流，抑制電流崩塌。
[0106]依次通過(guò)丙酮、異丙醇、去離子水清洗外延片，采用等離子體處理襯底I表面;采用勻膠機(jī)旋涂絕緣介質(zhì)4于外延片上，勻膠機(jī)轉(zhuǎn)速2000r/min;觀察旋涂厚度，使用HF(氫氟酸)溶液刻蝕一定厚度，使剛露出納米線頂層，而絕緣電介質(zhì)4填充納米線間隙，將Si襯底I隔離。
[0107]通過(guò)光刻做出電極圖形，隨后使用電子束蒸鍍方法在異質(zhì)結(jié)納米線陣列上端蒸鍍由Ti/Al/Ni/Au構(gòu)成的條形電極，各成分的厚度分別為20?25nm、80?100nm、20?25nm和25?50nm，并且和納米線陣列方向垂直，構(gòu)成器件的漏極5和源極6。在漏極5和源極6之間蒸鍍由Ni/Au構(gòu)成的條形電極，各成分的厚度分別為80?10nm和25?50nm，作為柵極7 ο
[0108]本發(fā)明提供的納米線陣列集成器件的實(shí)施例如下:
[0109]實(shí)施例1:
[0110]如圖5-9所示，本發(fā)明還提供了一種根據(jù)上述制備方法制備的納米線陣列集成器件，包括:
[0111]襯底I，所述襯底I為單晶娃；
[0112]方形凸臺(tái)2，所述方形凸臺(tái)2設(shè)于所述襯底I上，且呈矩陣排列;所述方形凸臺(tái)2上表面設(shè)有等間距的梯形槽21，所述梯形槽21的側(cè)壁設(shè)有異質(zhì)結(jié)納米線22，相鄰所述異質(zhì)結(jié)納米線22之間填充有絕緣介質(zhì)4;
[0113]掩膜層3，所述掩膜層3為二氧化硅掩膜層，分別設(shè)于所述襯底I上表面和所述方形凸臺(tái)2上表面；
[0114]漏極5和源極6，所述漏極5和所述源極6分別設(shè)于所述每一所述方形凸臺(tái)2上的所述異質(zhì)結(jié)納米線22的兩端;所述漏極5與所述源極6之間設(shè)有柵極7。
[0115]其中，所述異質(zhì)結(jié)納米線22為三棱柱型，所述異質(zhì)結(jié)納米線22包括緩沖層221、核層222、插入層223和殼層224，所述緩沖層221與所述梯形槽21側(cè)壁貼合設(shè)置，所述緩沖層221與所述殼層224構(gòu)成三棱柱空心殼體，所述核層222為三棱柱并設(shè)于所述三棱柱空心殼體的空腔內(nèi)且與所述緩沖層221貼合，所述插入層223設(shè)于所述核層222與所述殼層224之間。
[0116]其中，所述緩沖層221為AlN層，所述核層222為GaN層，所述插入層223為AlN層，所述殼層224為未摻雜AlGaN層;構(gòu)成GaN/AlN/AlGaN異質(zhì)結(jié)納米線。
[0117]可選的，所述緩沖層221為AlN層，所述核層222為GaN層，所述插入層223為AlN層，所述殼層224由未摻雜AlGaN層與摻Si的n-AlGaN層構(gòu)成的殼層;構(gòu)成GaN/AlN/AlGaN異質(zhì)結(jié)納米線。摻雜AlGaN—方面提供二維電子氣濃度，另一方面有利于接觸，而未摻雜的AlGaN隔離摻雜的Si，減少其散射影響迀移率。
[0118]可選的，所述緩沖層221為AlN層，所述核層222為GaN層，所述插入層223為AlN層，所述殼層224由未摻雜AlGaN層與摻Si的n-AlGaN層構(gòu)成的殼層，所述殼層224上表面還設(shè)有未摻雜GaN帽層(圖中未示出)；構(gòu)成GaN/AlN/AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)納米線。摻雜AlGaN—方面提供二維電子氣濃度，另一方面有利于接觸，而未摻雜的AlGaN隔離摻雜的Si，減少其散射影響迀移率;帽層為未摻雜的5nm厚的GaN，用來(lái)減少漏電流，抑制電流崩塌。
[0119]本說(shuō)明書(shū)中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見(jiàn)即可。
[0120]本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。綜上所述，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種納米線陣列的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 在襯底上刻蝕出呈矩陣排列的方形凸臺(tái)； 在刻蝕后的襯底上表面及所述方形凸臺(tái)上表面蒸鍍掩膜層； 在所述方形凸臺(tái)上刻蝕出等間距的梯形槽； 在所述梯形槽側(cè)壁上生長(zhǎng)異質(zhì)結(jié)納米線； 在相鄰的所述異質(zhì)結(jié)納米線的間隙中填充絕緣介質(zhì)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米線陣列的制備方法，其特征在于，所述在襯底上刻蝕呈矩陣排列的若干方形凸臺(tái)，具體包括如下步驟: 在所述襯底上旋涂光刻正膠； 利用曝光在所述襯底上表面形成呈矩陣排列的方形圖形； 利用顯影液顯影所述方形圖形； 采用電感耦合等離子體干法刻蝕未被光刻正膠掩蓋部分，刻蝕深度4?Sum。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米線陣列的制備方法，其特征在于，所述在所述方形凸臺(tái)上刻蝕出等間距的梯形槽，具體包括如下步驟: 在所述方形凸臺(tái)上旋涂光刻正膠； 利用等間距條紋光刻板曝光，在所述方形凸臺(tái)上表面形成等間距條紋圖形； 利用顯影液顯影所述等間距條紋圖形； 采用刻蝕溶液刻蝕未被光刻正膠覆蓋的所述方形凸臺(tái)上的掩膜層，刻蝕深度等于所述掩膜層的厚度； 對(duì)刻蝕后的方形凸臺(tái)去膠； 根據(jù)設(shè)定的梯形槽刻蝕深度，采用刻蝕液濕法刻蝕去膠后的方形凸臺(tái)，形成等間距的梯形槽。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米線陣列的制備方法，其特征在于，所述在所述梯形槽側(cè)壁上生長(zhǎng)異質(zhì)結(jié)納米線，具體包括如下步驟: 在所述梯形槽側(cè)壁向槽內(nèi)延伸方向依次生長(zhǎng)緩沖層、核層、插入層和殼層，形成異質(zhì)結(jié)納米線。5.—種納米線陣列集成器件的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 按照如權(quán)利要求1所述的納米線陣列的制備方法制備納米線陣列； 在所述方向凸臺(tái)上的位于所述異質(zhì)結(jié)納米線的兩端分別蒸鍍垂直于所述異質(zhì)結(jié)納米線的源極和漏極； 在所述源極與所述漏極中間蒸鍍平行于所述源極與所述漏極的柵極。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的納米線陣列集成器件的制備方法，其特征在于，所述在所述方向凸臺(tái)上的位于所述異質(zhì)結(jié)納米線的兩端分別蒸鍍垂直于所述異質(zhì)結(jié)納米線的源極和漏極，具體包括如下步驟: 在所述方向凸臺(tái)上的位于所述異質(zhì)結(jié)納米線的兩端分別光刻出源極圖形和漏極圖形； 采用電子束蒸鍍方法在所述源極圖形處蒸鍍?cè)礃O； 采用電子束蒸鍍方法在所述漏極圖形處蒸鍍漏極； 剝離金屬。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的納米線陣列集成器件的制備方法，其特征在于，所述在所述源極與所述漏極中間蒸鍍平行于所述源極與所述漏極的柵極，具體包括如下步驟: 在所述源極與所述漏極中間的所述方形凸臺(tái)上光刻出柵極圖形； 采用電子束蒸鍍方法在所述柵極圖形處蒸鍍柵極； 剝離金屬。8.—種納米線陣列集成器件，其特征在于，采用如權(quán)利要求5所述的納米線陣列集成器件的制備方法制備，所述納米線陣列集成器件包括: 襯底，所述襯底為單晶娃； 方形凸臺(tái)，所述方形凸臺(tái)設(shè)于所述襯底上，且呈矩陣排列;所述方形凸臺(tái)上表面設(shè)有等間距的梯形槽，所述梯形槽的側(cè)壁設(shè)有異質(zhì)結(jié)納米線，相鄰所述異質(zhì)結(jié)納米線之間填充有絕緣介質(zhì)； 掩膜層，所述掩膜層為二氧化硅掩膜層，分別設(shè)于所述襯底上表面和所述方形凸臺(tái)上表面； 漏極和源極，所述漏極和所述源極分別設(shè)于所述每一所述方形凸臺(tái)上的所述異質(zhì)結(jié)納米線的兩端;所述漏極與所述源極之間設(shè)有柵極。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的納米線陣列集成器件，其特征在于，所述異質(zhì)結(jié)納米線為三棱柱型，所述異質(zhì)結(jié)納米線包括緩沖層、核層、插入層和殼層，所述緩沖層與所述梯形槽側(cè)壁貼合設(shè)置，所述緩沖層與所述殼層構(gòu)成三棱柱空心殼體，所述核層為三棱柱并設(shè)于所述三棱柱空心殼體的空腔內(nèi)且與所述緩沖層貼合，所述插入層設(shè)于所述核層與所述殼層之間。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的納米線陣列集成器件，其特征在于，所述緩沖層為AlN層，所述核層為GaN層，所述插入層為AlN層，所述殼層為未摻雜AlGaN層；或所述殼層由未摻雜AlGaN層與摻Si的n-AlGaN層構(gòu)成的殼層;或所述殼層由未摻雜AlGaN層與摻Si的n-AlGaN層構(gòu)成的殼層，所述殼層上表面還設(shè)有未摻雜GaN帽層。
【文檔編號(hào)】H01L21/77GK106082121SQ201610438607
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月16日
【發(fā)明人】李述體, 王汝鵬, 宋偉東, 郭德霄, 陳航, 李凱
【申請(qǐng)人】華南師范大學(xué)