專利名稱：二氧化錫納米傳感器件的制造方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種二氧化錫納米傳感器件的制造方法，屬半導體傳感器氣敏元件制造工藝技術(shù)領域。
近年來微細加工技術(shù)研究領域取得了很大進展，制備量子點、量子線，以及具有量子效應的量子器件的研究受到深入的研究。但是，量子效應一般在納米尺度才會產(chǎn)生，而采用常規(guī)技術(shù)加工制備尺度在10nm以下的納米尺度器件，目前仍然存在很多技術(shù)困難。因此，一些新的納米尺度加工技術(shù)，例如掃描探針顯微鏡(STM)、原子力顯微鏡(AFM)受到研究者的重視。
AFM微細加工技術(shù)的原理，是在探針和樣品之間加上陽極電壓，在水分子存在的條件下，對樣品表面納米尺度的局部區(qū)域進行氧化，從而加工得到納米結(jié)構(gòu)和納米器件。據(jù)文獻報道，1990年A.Dagata等第一次成功地在Si表面進行了局部氧化。H.Sugimura等提出了有吸附水存在時表面陽極氧化的原理。E.S.Snow等首次利用AFM微細加工技術(shù)制備納米器件，制備了Ti量子線。K.Matsumoto等利用Ti量子線制備了室溫下工作的單電子晶體管。從此之后，利用AFM進行微細加工成為可能.近年來在硅片表面利用AFM進行局部氧化的工作越來越多。
本發(fā)明的一種二氧化錫納米傳感器件的制造方法，主要采用AFM微細加工技術(shù)，控制探針尖端電壓和掃描方式條件下以及在水分子存在的條件下，對物質(zhì)表面進行局部陽極氧化，從而加工得到納米結(jié)構(gòu)和納米器件，其特征在于，該方法包括以下幾個工藝步驟a.選用硅襯底材料，采用(100)硅片作為硅襯底，并以半導體工藝通用的清洗工藝流程進行清洗；b.采用熱氧化方法在硅片表面制備二氧化硅絕緣層，熱氧化工藝為半導體工藝，二氧化硅絕緣層的厚度為10nm到300nm；c.采用蒸發(fā)法制備金屬錫薄膜，在真空蒸發(fā)鍍膜機中將純金屬錫蒸發(fā)沉積在上述硅襯底上，形成尺寸在100um×100um的金屬錫電極圖形；蒸發(fā)鍍膜時真空度為10-5Torr以上，金屬錫薄膜厚度為小于10nm；d.采用AFM微細加工技術(shù)，在AFM的探針尖端與錫薄膜層之間施加電壓，在外加電場作用下金屬錫被氧化為二氧化錫；同時移動探針進行掃描，可得到納米氧化錫條形圖形即納米線；e.加工好二氧化錫納米線后，在錫電極的兩端焊接金引線，然后封裝成型，制得二氧化錫納米傳感器件。
本發(fā)明方法中AFM陽極局部氧化的原理如下在環(huán)境存在一定的相對濕度條件下，本發(fā)明工藝所形成的Sn/SiO2/Si表面存在厚度在納米范圍的吸附水層，當探針尖端靠近表面時，由于表面張力的作用，將水分子將探針尖端與表面連接起來。當在探針與表面之間施加外加電壓時，在表面產(chǎn)生電化學反應，使探針尖端接觸部位的金屬薄膜發(fā)生陽極氧化，同時在探針表面水分子發(fā)生還原反應，探針與表面之間產(chǎn)生電流。
探針尖端的陰極反應為金屬錫薄膜表面的陽極反應為本發(fā)明的優(yōu)點和效果是由于采用AFM陽極氧化方法，在控制探針尖端電壓和掃描方式的條件下，可以制備尺寸在納米范圍內(nèi)的二氧化錫納米傳感器件。本發(fā)明方法制得的二氧化錫納米傳感器在常溫下對氫氣非常敏感，同時具有很好的選擇性。
其中1—金屬錫電極，2—氧化錫納米線，3—二氧化硅絕緣層，4—硅襯底圖2為本發(fā)明中AFM陽極氧化法原理示意圖實施例一參見

圖1，本發(fā)明方法主要包括以下幾個工藝步驟a.選用硅襯底材料，采用(100)硅片作為硅襯底4，并以半導體工藝通用的清洗工藝流程進行清洗；b.采用熱氧化方法在硅片表面制備二氧化硅絕緣層3，熱氧化工藝為半導體工藝，二氧化硅絕緣層3的厚度為10nm到300nm；c.采用蒸發(fā)法制備金屬錫薄膜，在真空蒸發(fā)鍍膜機中將純金屬錫(純度為99.99％以上)蒸發(fā)沉積在上述硅襯底上，形成尺寸在100um×100um的金屬錫電極1，其形狀為啞鈴形；兩側(cè)為圓形，中間有相連接的長條；蒸發(fā)鍍膜時真空度為10-5Torr以上，金屬錫薄膜厚度為小于10nm；d.采用AFM微細加工技術(shù)，在AFM的探針尖端與錫薄膜層之間施加電壓，電壓為15V，在外加電場作用下金屬錫被氧化為二氧化錫；同時移動探針進行掃描，掃描速度1μm/s，可得到納米氧化錫條形圖形，即二氧化錫納米線2，它位于金屬錫電極1的中間長條部位；得到的二氧化錫納米線寬度150nm，長度5μm，高度15nm。
e.加工好二氧化錫納米線后，在錫電極1的兩端焊接金引線，然后封裝成型，制得二氧化錫納米傳感器件。
本發(fā)明方法制得的二氧化錫納米傳感器在常溫下對氫氣非常敏感，同時具有很好的選擇性，可以作為檢測環(huán)境中氫氣濃度的傳感器。
權(quán)利要求
1.一種二氧化錫納米傳感器件的制造方法，主要采用AFM微細加工技術(shù)，控制探針尖端電壓和掃描方式條件下以及在水分子存在的條件下，對物質(zhì)表面進行局部陽極氧化，從而加工得到納米結(jié)構(gòu)和納米器件，其特征在于，該方法包括以下幾個工藝步驟a.選用硅襯底材料，采用(100)硅片作為硅襯底，并以半導體工藝通用的清洗工藝流程進行清洗；b.采用熱氧化方法在硅片表面制備二氧化硅絕緣層，熱氧化工藝為半導體工藝，二氧化硅絕緣層的厚度為10nm到300nm；c.采用蒸發(fā)法制備金屬錫薄膜，在真空蒸發(fā)鍍膜機中將純金屬錫蒸發(fā)沉積在上述硅襯底上，形成尺寸在100um×100um的金屬錫電極圖形；蒸發(fā)鍍膜時真空度為10-5Torr以上，金屬錫薄膜厚度為小于10nm；d.采用AFM微細加工技術(shù)，在AFM的探針尖端與錫薄膜層之間施加電壓，在外加電場作用下金屬錫被氧化為二氧化錫；同時移動探針進行掃描，可得到納米氧化錫條形圖形即納米線；e.加工好二氧化錫納米線后，在錫電極的兩端焊接金引線，然后封裝成型，制得二氧化錫納米傳感器件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二氧化錫納米傳感器件的制造方法，其特征在于，所述的AFM微細加工技術(shù)中所施加的外加電壓15V，探針掃描速度1μm/s，得到的二氧化錫納米線寬度150nm，長度5μm，高度15nm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種二氧化錫納米傳感器件的制造方法，屬半導體傳感器氣敏元件制造工藝技術(shù)領域。該發(fā)明方法主要采用AFM微細加工技術(shù)，控制探針尖端電壓和掃描方式條件下以及在水分子存在的條件下，對金屬錫電極表面進行局部陽極氧化，從而加工得到二氧化錫納米結(jié)構(gòu)傳感器件。本發(fā)明方法制得的二氧化錫納米傳感器在常溫下對氫氣非常敏感，同時具有很好的選擇性，可以作為檢測環(huán)境中氫氣濃度的傳感器。
文檔編號H01L21/285GK1475798SQ0314151
公開日2004年2月18日 申請日期2003年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月10日
發(fā)明者焦正, 吳明紅, 王德慶, 秦爭, 陸明華, 石鑫, 正 焦 申請人:上海大學