[發明專利]一種制備一維硅納米結構的方法

無效

• 申請號: 200710030216.2
• 申請日: 2007-09-18
• 公開（公告）號: CN101117208A
• 公開（公告）日: 2008-02-06
• 發明（設計）人: 許寧生;佘峻聰;何浩;姚日暉;鄧少芝;陳軍
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: B82B3/00
• 分類號: B82B3/00
• 代理公司: 廣州新諾專利商標事務所有限公司
• 代理人: 華輝

技術領域

本發明涉及納米材料設計和制造技術領域，尤其涉及一種一維硅納米結構的制備方法。

背景技術

準一維納米材料，如碳納米管、硅納米線/尖、碳化硅納米線等，由于具有量子限域、庫侖阻塞、量子隧穿、尖端表面場發射增強等納米尺度效應，使其在光電性能上體現出與體材料不同的特性。在這些材料中，硅納米線/尖由于其獨特的電子輸運和場致電子發射性能，以及方便與傳統半導體集成電路工藝兼容等特點而備受關注。目前主要有如下幾種制備硅納米線/尖的方法：(1)激光消融法(laser?ablation)，(2)熱蒸發法(thermal?evaporation)，(3)超臨界液相法(supercritical?fluid?solution-phase)，(4)無催化劑氧化輔助法(catalyst?free?of?oxide-assisted?growth)。

在實際應用中，很多場合都要求一維納米材料具有直立、有序、位置和直徑可控等特點。而現有的這幾種制備方法，所形成的納米材料都難以滿足前述應用場合的需求。

發明內容

為解決現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種結合納米掩模的制備和等離子體刻蝕工藝，制備一維硅納米結構的方法。

本發明是這樣實現的：一種制備一維硅納米結構的方法，其特征在于工藝步驟順序如下：

(A)在基底材料表面制備出納米顆粒掩模；

(B)用等離子體刻蝕技術對基底材料進行刻蝕。

作為本發明一較佳實施例，所述步驟A包括以下步驟：

(i)首先在基底材料表面旋涂一層光刻膠，接著采用電子光刻技術在基底材料表面形成微孔；

(ii)在基底材料表面沉積一層掩模薄膜；

(iii)對沉積了掩模薄膜的基底材料進行光刻膠剝離工藝，從而在步驟i的微孔處形成納米顆粒掩模。

上述步驟ii的掩模材料為金屬，或金屬氧化物，或二氧化硅。

作為本發明另一較佳實施例，所述步驟A中，首先在基底材料表面沉積一層金屬薄膜；然后對金屬薄膜進行熱處理，在基底材料表面得到金屬納米顆粒掩模。

上述步驟A中的基底材料為單晶硅或非晶硅，或沉積在襯底上的單晶硅或非晶硅薄膜。

上述步驟B所述的等離子體刻蝕技術，可以通過調控工藝參數實現各向異性或各向同性刻蝕，從而得到硅納米線/尖。

本發明掩模顆粒的大小、密度和位置都可以在制備過程中通過調節工藝參數加以控制；而硅納米線/尖的高度可以通過調節刻蝕時間的長短來控制。與現有技術相比，本發明采用納米掩模等離子刻蝕法(plasma?etching?with?nano-masks)，制備出來的硅納米線/尖具有直立、有序、位置和直徑可控等特點，非常有利于器件制作和組裝。并且這種方法具有工藝簡單、重復性好等優點，且其工藝和標準半導體集成電路加工工藝兼容，對推動基于一維硅納米結構器件的制作和發展有重要意義。

附圖說明

圖1是單晶硅納米線/尖的制備原理圖；

圖2是均勻密排的金屬鉻點納米掩模的掃描電子顯微鏡(SEM)圖；

圖3(a)、(b)分別是直立有序的單晶硅納米線/尖的SEM圖；

圖4是非晶硅納米線的制備原理圖；

圖5是非晶硅納米線的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。

具體實施方式

本發明公開的是一種制備一維硅納米結構的方法，其基底材料可以是單晶硅，或沉積在襯底上的單晶硅薄膜；也可以是非晶硅，或沉積在襯底上的非晶硅薄膜；納米顆粒掩模可通過電子束光刻技術得到，也可以通過納米顆粒的制備及分散得到。

當采用電子束光刻技術形成納米顆粒掩模時，其工藝步驟順序如下：

(a)首先在基底材料表面旋涂一層光刻膠，接著采用電子光刻技術在基底材料表面形成微孔；

(b)在基底材料表面所余留的光刻膠及所形成的微孔上沉積一層掩模薄膜；其中掩模材料可以為金屬，或金屬氧化物，或二氧化硅。

(c)對沉積了掩模薄膜的基底材料進行光刻膠剝離工藝，從而在步驟a的微孔處形成納米顆粒掩模；

(d)用等離子體刻蝕技術對基底材料進行刻蝕。其中采用各向同性刻蝕工藝得到納米尖；采用各向異性刻蝕工藝得到納米線。

當采用納米顆粒的制備及分散方法得到納米顆粒掩模時，其工藝步驟順序如下：首先在基底材料表面沉積一層金屬薄膜；然后對金屬薄膜進行熱處理，在基底材料表面得到金屬納米顆粒掩模；最后用等離子體刻蝕技術對基底材料進行刻蝕。