專利名稱：一種硅納米線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種硅納米線的制作方法。
背景技術(shù)：
硅納米線由于特有的量子限制效應(yīng)、量子隧穿效應(yīng)、庫侖阻塞效應(yīng)等光學(xué)、電學(xué)性質(zhì)以及高表面活性引起了廣泛關(guān)注。硅納米線在納米傳感器、單電子晶體管、單電子存儲(chǔ)等納米電子器件及合成其他納米材料等方面得到廣泛應(yīng)用，它可成為納米電子學(xué)領(lǐng)域的一種極有應(yīng)用潛力的新材料。如果能用硅納米線制備出實(shí)用的納米電子器件，將使硅技術(shù)的應(yīng)用從微電子學(xué)領(lǐng)域擴(kuò)展到納米電子學(xué)領(lǐng)域，對未來電子器件及整個(gè)電子領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生不可估量的影響。
因此，制作出尺寸可控，均一的硅納米線一直是人們追求的目標(biāo)。由于要制作實(shí)用的器件，工藝簡單可靠、制作成本低、可批量制作是衡量制作方法的關(guān)鍵因素。
目前，制作硅納米線的方法主要有“自下而上”和“自上而下”兩類?！白韵露稀钡姆椒ㄊ侵笍脑臃肿映霭l(fā)，在材料的生長過程中對其結(jié)構(gòu)、組分、大小和位置進(jìn)行控制，從而直接生長出所需的納米材料與結(jié)構(gòu)。(H.F.Yan，Y.J.Xing，F(xiàn)eng，Growth of amorphous Siliconnanowires via solid-liquid-solid mechanism，Chemical Physics letters，2000(323)224-228；Y.H.Tang，Y.F.Zhang，J.Appl.Phys.1999(85)7981)，這種方法制作的硅納米線是隨機(jī)分布的，在形成器件時(shí)操作和定位困難，給大規(guī)模集成帶來困難?！白陨隙隆钡姆椒ㄊ侵笍捏w材料出發(fā)，利用薄膜生長和納米光刻技術(shù)(電子束光刻等)制備納米結(jié)構(gòu)和器件。(I.bargatin，E.B.Myers，Sensitive detection of nanomechanical motion using piezoresistive signal downmixing，”Applied physics letters，86，133109(2005)，pp.133109-1～133109-3)，這種方法制作的硅納米線精度高，定位準(zhǔn)備，但是其生產(chǎn)成本高，且效率低下，不適于批量生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種硅納米線的制作方法，目的是要制作工藝簡單，可控制性好，可靠性高的硅納米線。
為實(shí)現(xiàn)上述目的采取技術(shù)方案主要是利用氫氟酸或含氫氟酸水溶液對摻雜形成p-n結(jié)結(jié)構(gòu)中n型硅的選擇性腐蝕工藝。
該方法的工藝步驟如下1、選用n型絕緣層上硅片(Silicon on insulator，SOI)為原始材料。
2、光刻并刻蝕頂層硅，形成原始硅梁結(jié)構(gòu)。
3、光刻并摻雜，在原始硅梁上形成p-n-p結(jié)構(gòu)。
4、開腐蝕孔，硅梁中間部分露出，其他地方保護(hù)。
5、氟化銨、氫氟酸混合液(BOE)腐蝕，原始硅梁中間n型部分硅被腐蝕形成硅納米線。
本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)這種方法制作的硅納米線，其兩維尺寸均可以精確控制，改變設(shè)計(jì)參數(shù)及腐蝕時(shí)間，可以制作兩維尺寸10納米左右的硅納米線，通過圖形設(shè)計(jì)，可以制作出多種以硅納米線為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的納機(jī)電器件。
與現(xiàn)有的方法相比，此方法具有以下特點(diǎn)1、完全采用傳統(tǒng)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)工藝，工藝簡單可靠。
2、納米線兩維尺寸可單獨(dú)控制，可控性好。
3、完全采用常規(guī)工藝，制作成本低。
4、可批量生產(chǎn)。
使用這種方法制作的硅納米線，可以用于研究低維半導(dǎo)體材料的力學(xué)、電學(xué)等特性，通過圖形設(shè)計(jì)，可以制作出多種以硅納米線為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的納機(jī)電器件，應(yīng)用前景廣闊。本發(fā)明工藝簡單，制作成本低，并可批量生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施例如下1、選用n型、(100)晶向、絕緣層上硅片(Silicon on insulator，SOI)為原始材料，該硅片頂層硅厚度為2000埃，埋層氧化硅厚度為1500埃，襯底硅厚度為420微米。
2、標(biāo)準(zhǔn)清洗后，光刻原始硅梁結(jié)構(gòu)，并利用深反應(yīng)離子刻蝕機(jī)(STS)刻蝕頂層硅，硅梁部分頂層硅留下，其他地方頂層硅被刻蝕。
3、熱氧化2000埃，頂層硅減薄至110納米。
4、光刻離子注入圖形，梁中間部分留有光刻膠，其他地方?jīng)]有光刻膠，梁中間部分不作離子注入，仍然為n型。
5、硼離子注入，梁兩端為p型，在硅梁上形成p-n-p結(jié)構(gòu)，高溫退火，激活注入硼離子。
6、在硅片上濺射薄層鋁，并光刻電極圖形，腐蝕金屬鋁形成電極結(jié)構(gòu)，合金，形成良好的歐姆接觸。
7、光刻腐蝕孔，硅梁中間部分開腐蝕孔，其他地方光刻膠保護(hù)。
8、氟化銨腐蝕液(BOE)腐蝕，BOE從腐蝕孔進(jìn)入，腐蝕硅梁表面的氧化硅后，進(jìn)一步腐蝕p-n-p結(jié)構(gòu)中間n型硅部分，得到硅納米線。
9、利用二氧化碳超臨界釋放儀釋放，形成懸空的硅納米線。
權(quán)利要求
1.一種硅納米線的制作方法，其特征是利用氫氟酸或含氫氟酸水溶液腐蝕摻雜形成p-n結(jié)結(jié)構(gòu)n型硅的選擇性腐蝕工藝實(shí)現(xiàn)硅納米線制作。
2.按權(quán)利要求1所述的硅納米線制作方法，其特征在于所制作的硅納米線兩維尺寸均可精確控制，通過選用合適的SOI頂層硅厚度及減薄厚度，可以控制制作的納米線的厚度，通過控制腐蝕時(shí)間及初始硅梁的寬度，可以控制制作的硅納米線的寬度。
3.按權(quán)利要求1所述的硅納米線制作方法，其工藝步驟的特征如下(1)選用n型絕緣層上硅片為原始材料；(2)光刻并刻蝕頂層硅，形成原始硅梁結(jié)構(gòu)；(3)減薄頂層硅；(4)光刻并摻雜，在原始硅梁上形成p-n-p結(jié)構(gòu)；(5)開腐蝕孔，硅梁中間部分露出，其他地方保護(hù)；(6)氟化銨腐蝕液腐蝕原始硅梁p-n-p結(jié)構(gòu)中間n型部分硅，使其腐蝕成硅納米線。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種硅納米線的制作方法。主要利用氫氟酸或含氫氟酸水溶液對摻雜形成p－n結(jié)結(jié)構(gòu)n型硅的選擇性腐蝕實(shí)現(xiàn)兩維尺寸可精確控制的硅納米線的工藝簡單、可靠及批量制作。利用該方法制作硅納米線，通過改變設(shè)計(jì)參數(shù)及腐蝕時(shí)間，可以制作兩維尺寸10納米左右的硅納米線；通過圖形設(shè)計(jì)，可以制作出多種以硅納米線為基礎(chǔ)的納機(jī)電器件。使用本發(fā)明制作的硅納米線，可以研究低維半導(dǎo)體材料的力學(xué)、電學(xué)等特性；制作多種納機(jī)電器件，應(yīng)用前景廣闊。本發(fā)明工藝簡單，制作成本低，并可批量生產(chǎn)。
文檔編號B82B3/00GK1958436SQ200610053849
公開日2007年5月9日 申請日期2006年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月17日
發(fā)明者王慧泉, 金仲和, 鄭陽明, 王躍林, 李鐵 申請人:浙江大學(xué)