[發(fā)明專利]一種制備ZnO納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810240079.X
• 申請(qǐng)日: 2008-12-17
• 公開（公告）號(hào): CN101752250A
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黎明;徐靜波;付曉君
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院微電子研究所
• 主分類號(hào): H01L21/335
• 分類號(hào): H01L21/335;H01L21/336;H01L21/66
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 周國(guó)城

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及化合物半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種制備ZnO納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法。

背景技術(shù)

一維納米材料是在二維方向上為納米尺度，長(zhǎng)度上為宏觀尺度的新型材料，早在1970年法國(guó)科學(xué)家就首次研制出直徑為7mm的碳纖維。1991年日本用高分辨率電子顯微鏡發(fā)現(xiàn)了碳納米管，推動(dòng)了整個(gè)一維納米材料的研究。近十年來，人們利用各種方法又陸續(xù)合成了多種一維納米材料，如：納米管、米棒、納米線、半導(dǎo)體量子線、納米帶和納米線陣列等。其制備的成功不僅為探索小尺度量子效應(yīng)，以及分子水平納米光電子器件等基礎(chǔ)物理研究提供了可貴的研究對(duì)象，也預(yù)示著巨大的應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)利益，必將給傳輸材料、微電子、醫(yī)藥等領(lǐng)域帶來革命性的改變，并會(huì)影響到人們的日常生活。

2006年，哈佛大學(xué)的向杰等人制備了Ge/Si?core-shell納米線，發(fā)現(xiàn)由于能帶結(jié)構(gòu)的影響，會(huì)在中心的Ge線中產(chǎn)生受限的一維空穴氣，從而可以實(shí)現(xiàn)很高的遷移率以及高性能的晶體管，證明了納米線作為高性能電子器件的可行性，極大地推動(dòng)了國(guó)際上納米電子器件的發(fā)展。

在各種一維納米結(jié)構(gòu)中，被稱為“第三代半導(dǎo)體材料”的ZnO逐漸得到了人們的重視，與其他半導(dǎo)體材料如SiC、InP等相比，ZnO有許多優(yōu)異性質(zhì)，如ZnO本身無毒對(duì)人身體無害，在可見光透明并可以吸收紫外線，具有較大的機(jī)電耦合系數(shù)，對(duì)某些氣體能在其表面吸附解析等。根據(jù)微觀觀察結(jié)果，納米線ZnO晶體具有良好的晶形，截面為完整的六角型，在器件制造過程中可以避免所謂的微管缺陷。純凈的納米線ZnO作為一種直接帶隙寬禁帶N型半導(dǎo)體，不需要摻雜即可與P型半導(dǎo)體構(gòu)成P-N-P結(jié)構(gòu)；而且，納米線ZnO(1～100nm)由于顆粒尺寸細(xì)微化，表現(xiàn)出與常規(guī)材料不同的奇異特性，如表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子隧道效應(yīng)等.這些性質(zhì)使得ZnO納米線在很多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，如在激光器、傳感器、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、發(fā)光二極管、邏輯線路、自旋電子器件以及量子計(jì)算機(jī)等的結(jié)構(gòu)單元等都具有重要的應(yīng)用。

在各種由ZnO納米線構(gòu)成的一維納米線器件中，ZnO納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管由于其獨(dú)特的性能，近幾年來受到了國(guó)際上廣泛的關(guān)注。ZnO納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管(ZnO?NW?FET)是一種利用ZnO納米線作為溝道來實(shí)現(xiàn)的場(chǎng)效應(yīng)管，其特征是采用新型MOSFET結(jié)構(gòu)，ZnO納米線與柵氧和金屬形成金屬-氧化物-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管在壓電效應(yīng)，光學(xué)效應(yīng)，電磁，化學(xué)傳感等方面均有潛在的廣泛應(yīng)用。在這其中，由于ZnO納米線具有很高的表面積/體積比，制作成功的ZnO納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管還可被廣泛用于氣體探測(cè)上，特別是有害氣體的探測(cè)，如CO、NH3等，通過監(jiān)測(cè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管跨導(dǎo)的變化可以檢測(cè)出化學(xué)氣體的組成及濃度，并且，檢測(cè)完成后可通過控制器件柵壓的變化來排出有毒氣體元素，具有可恢復(fù)化學(xué)傳感器的功能。發(fā)展前景遠(yuǎn)大。

與目前常規(guī)的SnO₂傳感器相比，ZnO納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管用作化學(xué)傳感器時(shí)具有尺寸小，成本低，可恢復(fù)性等一系列優(yōu)點(diǎn)，而且，SnO₂傳感器的檢測(cè)原理是通過監(jiān)測(cè)氣體在多孔氣敏元件上時(shí)電阻的變化來實(shí)現(xiàn)探測(cè)功能，這種類型的傳感器最適合檢測(cè)低濃度有毒氣體，在氣體濃度較高并不適合；而ZnO納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管是采用監(jiān)測(cè)器件電導(dǎo)的變化來監(jiān)測(cè)有毒氣體，這使得在高濃度下ZnO納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管成為一種極佳的選擇，具有成為下一代化學(xué)傳感器的潛質(zhì)。有鑒與此，進(jìn)行ZnO納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管的研制工作是非常有必要的。

盡管ZnO納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管在傳感器方面具有強(qiáng)大潛力，已經(jīng)得到了廣泛的關(guān)注，但仍有很多問題亟待解決。其中最重要的就是關(guān)鍵工藝的突破，眾所周知，ZnO納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管是一種利用ZnO納米線作為溝道來實(shí)現(xiàn)的場(chǎng)效應(yīng)管，在納米級(jí)的溝道情況下，其制備工藝與常規(guī)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管不同，源漏金屬與ZnO納米線溝道形成良好的歐姆接觸是器件制作成功的前提。歐姆接觸質(zhì)量的好壞，接觸電阻的大小，直接影響了器件的效率、增益和開關(guān)速度等性能指標(biāo)。是制約ZnO納米線器件實(shí)現(xiàn)傳感器應(yīng)用的重要方面。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的是提供一種制備ZnO納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法，采用全新的歐姆接觸測(cè)試圖形，對(duì)器件歐姆接觸性能進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以提供ZnO納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件制備的成功率。

(二)技術(shù)方案