一種用于半導(dǎo)體納米線生長的緩沖層制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于半導(dǎo)體納米線生長的緩沖層制備方法，其特征是：通過在襯底上鍍金屬薄膜，接著利用退火工藝并通入反應(yīng)氣體，使得金屬薄膜轉(zhuǎn)變?yōu)榘雽?dǎo)體晶體薄膜，該晶體薄膜可作為緩沖層用于生長高質(zhì)量的半導(dǎo)體納米線。本發(fā)明具有工藝簡單以及低成本的特點(diǎn)。
【專利說明】一種用于半導(dǎo)體納米線生長的緩沖層制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體納米線的生長方法，可用于制備納米線器件。

【背景技術(shù)】
[0002] 納米技術(shù)被認(rèn)為是21世紀(jì)的三大科學(xué)技術(shù)之一。其中，半導(dǎo)體納米線由于其獨(dú) 特的一維量子結(jié)構(gòu)，被認(rèn)為是未來微納器件的基本結(jié)構(gòu)[Mater. Today，9(2006) 18-27]。 近年來，半導(dǎo)體納米線的研究工作取得很大進(jìn)展，其應(yīng)用領(lǐng)域包括集成電路[Nature， 470(2011)240-244]、晶體管[Nano Letters，8 (2008)925-930]、激光器[Science， 292 (2001) 1897-1899]、生物傳感器[Analytical Chemistry，83 (2011) 1938-1943]、以及太 陽能電池 [Nano Lett. ,10(2010) 1082-1087]等。
[0003] 盡管半導(dǎo)體納米線具有很重要的應(yīng)用前景，但是納米線器件的實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化 還亟需解決一系列問題，其中的關(guān)鍵問題之一是納米線的可控生長，即如何在襯底上生長 垂直排列、高密度、以及高晶體質(zhì)量的半導(dǎo)體納米線。納米線的生長方向和晶體質(zhì)量通常 取決于襯底材料的晶體特性和表面狀況。研究表明：納米線與襯底之間的晶格失配會導(dǎo) 致納米線無序生長[Appl.Phys. Lett. ,90(2007)043115];用于引導(dǎo)納米線生長的催化劑 與襯底表面發(fā)生共溶，導(dǎo)致催化劑擴(kuò)散到襯底內(nèi)部，降低納米線的生長質(zhì)量[Nano Lett.， 8(2008)4087]。
[0004] 為此，人們采用了緩沖層技術(shù)（即在襯底表面預(yù)先生長晶體薄膜作為緩沖層， 接著生長納米線），由于緩沖層可以改變襯底表面的特性，還可以將襯底的晶格常數(shù)過 渡到納米線的晶格常數(shù)，因此引入緩沖層大幅改善了納米線的生長質(zhì)量[Nano Lett.， 10(2010)64-68]。
[0005] 但是，在襯底表面生長晶體薄膜作為緩沖層，需要采用半導(dǎo)體外延生長技術(shù)，如金 屬有機(jī)物化學(xué)氣相外延（M0CVD)和分子束外延（MBE)等，生長設(shè)備昂貴、工藝復(fù)雜。因此， 研發(fā)簡易的晶體薄膜制備方法，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的半導(dǎo)體納米線生長，是本發(fā)明的創(chuàng)研動機(jī)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明旨在解決半導(dǎo)體納米線的可控生長問題，提出了"一種用于半導(dǎo)體納米線 生長的緩沖層制備方法";本發(fā)明通過在襯底上鍍金屬薄膜，接著利用退火工藝并通入反應(yīng) 氣體，使得金屬薄膜轉(zhuǎn)變?yōu)榘雽?dǎo)體晶體薄膜，該晶體薄膜可作為緩沖層用于生長高質(zhì)量的 半導(dǎo)體納米線。本發(fā)明具有工藝簡單以及低成本的特點(diǎn)。
[0007] 發(fā)明人對半導(dǎo)體納米線的生長工藝有著深入的研究[Nano Lett. ,10(2010)64]， 從而啟發(fā)了本發(fā)明的產(chǎn)生。本發(fā)明可以按以下方式實(shí)現(xiàn)：
[0008] 首先，在襯底表面鍍金屬薄膜（圖1所示）；
[0009] 接著，將帶有金屬薄膜的襯底，置于退火爐中、并通入反應(yīng)氣體。在一定的溫度下， 該氣體會與金屬薄膜反應(yīng)生成半導(dǎo)體晶體薄膜（圖2所示）；
[0010] 然后，在覆蓋了半導(dǎo)體晶體薄膜的襯底上，生長納米線（圖3所示）；其中該薄膜 作為緩沖層，可以提高納米線的生長質(zhì)量（如生長方向垂直有序、以及降低晶體缺陷等） [0011] 本發(fā)明中在襯底上鍍金屬薄膜，可以采用蒸發(fā)、濺射或涂覆的辦法。
[0012] 本發(fā)明中的金屬薄膜，可以是單種材料或是合金材料。
[0013] 本發(fā)明中的金屬薄膜，可以是由兩種或兩種以上的材料構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)（圖4所 示）。
[0014] 本發(fā)明中的襯底，優(yōu)選自硅、GaAs、InP、SiC和A1203晶體。
[0015] 本發(fā)明中的金屬薄膜材料，優(yōu)選自Ti、Al、Ga、In和B。
[0016] 本發(fā)明中的反應(yīng)氣體，優(yōu)選自NH3、PH3、AsH 3和02。
[0017] 本發(fā)明中的納米線材料，優(yōu)選自GaAs、InP、GaN、InGaAs、InGaN和AlGaN。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 附圖，其被結(jié)合入并成為本說明書的一部分，示范了本發(fā)明的實(shí)施例，并與前述的 綜述和下面的詳細(xì)描述一起解釋本發(fā)明的原理。
[0019] 圖1在襯底表面鍍了金屬薄膜。
[0020] 圖2襯底表面的半導(dǎo)體晶體薄膜。
[0021] 圖3在具有晶體薄的襯底上生長納米線。
[0022] 圖4在襯底表面鍍了具有多層結(jié)構(gòu)的金屬薄膜。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 為使得本發(fā)明的技術(shù)方案的內(nèi)容更加清晰，以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本 發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0024] 例 1
[0025] 首先，在硅襯底表面蒸發(fā)一層鋁薄膜（圖1);
[0026] 其次，將帶有鋁薄膜的硅襯底置于石英退火爐中，并通入氨氣；在高溫下，氨氣和 鋁薄膜反應(yīng)生成A1N晶體薄膜（圖2);
[0027] 最后，在硅襯底的A1N薄膜表面生長GaN納米線（圖3)。
[0028] 例 2
[0029] 首先，利用磁控濺射，在A1203襯底表面依次鍍Ti和In薄膜，形成雙層金屬薄膜結(jié) 構(gòu)（圖4);
[0030] 其次，將帶有金屬薄膜的A1203襯底置于石英退火爐中，并通入氨氣；在高溫下，氨 氣和薄膜反應(yīng)生成TiN和InN晶體薄膜；
[0031] 最后，在A1203襯底的InN薄膜表面生長InN納米線（圖3)。
[0032] 例 3
[0033] 首先，利用涂覆工藝，在GaAs襯底表面依次鍍B和Ga薄膜，形成雙層金屬薄膜結(jié) 構(gòu)（圖4);
[0034] 其次，將帶有金屬薄膜的GaAs襯底置于石英退火爐中，并通入氨氣；在高溫下，氨 氣和薄膜反應(yīng)生成BN和GaN晶體薄膜；
[0035] 最后，在GaAs襯底的GaN薄膜表面生長InN納米線（圖3)。
[0036] 以上所述是本發(fā)明應(yīng)用的技術(shù)原理和具體實(shí)例，依據(jù)本發(fā)明的構(gòu)想所做的等效變 換，只要其所運(yùn)用的方案仍未超出說明書和附圖所涵蓋的精神時(shí)，均應(yīng)在本發(fā)明的范圍內(nèi)， 特此說明。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于半導(dǎo)體納米線生長的緩沖層制備方法，其特征是：通過在襯底上鍍金屬薄 膜，接著利用退火工藝并通入反應(yīng)氣體，使得金屬薄膜轉(zhuǎn)變?yōu)榘雽?dǎo)體晶體薄膜，該晶體薄膜 可作為緩沖層用于生長高質(zhì)量的半導(dǎo)體納米線。
2. 權(quán)利要求1所述的在襯底上鍍金屬薄膜，可以采用蒸發(fā)、濺射或涂覆的辦法。
3. 權(quán)利要求1和2所述的金屬薄膜，可以是單種材料或是合金材料。
4. 權(quán)利要求1和2所述的金屬薄膜，可以是由兩種或兩種以上的材料構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)。
5. 權(quán)利要求1和2所述的金屬薄膜，優(yōu)選自Ti、Al、Ga、In和B材料。
6. 權(quán)利要求1所述的襯底，優(yōu)選自硅、GaAs、InP、SiC和A1203晶體。
7. 權(quán)利要求1所述的的反應(yīng)氣體，優(yōu)選自NH3、PH3、AsH3和0 2。
8. 權(quán)利要求1所述的納米線材料，優(yōu)選自GaAs、InP、GaN、InGaAs、InGaN和AlGaN。
【文檔編號】H01L21/02GK104143498SQ201310185179
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年5月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月11日
【發(fā)明者】黃輝, 渠波, 趙丹娜, 任明坤 申請人:黃輝, 渠波, 趙丹娜, 任明坤