[發(fā)明專利]一種制備三維微納器件的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910243010.7
• 申請(qǐng)日: 2009-12-23
• 公開（公告）號(hào): CN102107847A
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李無瑕;顧長(zhǎng)志
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院物理研究所
• 主分類號(hào): B81C1/00
• 分類號(hào): B81C1/00;B82B3/00
• 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)明涉及三維微納器件技術(shù)領(lǐng)域，是自由站立、三維微納結(jié)構(gòu)的制作方法，特別涉及一種基于聚焦離子束(FIB)的三維微納結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)功能來制作不位于支撐襯底平面內(nèi)的電極接觸及配線，形成電流與支撐襯底平面成一定夾角流動(dòng)的三維微納器件的方法。

背景技術(shù)

過去幾十年的發(fā)展經(jīng)歷表明，微電子領(lǐng)域器件集成的發(fā)展很快就會(huì)達(dá)到物理及/或經(jīng)濟(jì)上的極限。納米電子器件是繼微電子器件之后的下一代固體電子器件，其主要思想是基于納米功能材料的量子效應(yīng)來設(shè)計(jì)并制備納米量子器件，以達(dá)到將集成電路進(jìn)一步減小，并替代傳統(tǒng)的硅器件的終極目標(biāo)。為了突破傳統(tǒng)的微電子集成工藝的極限，大量的科研工作者已投入越來越多的人力物力來研究新材料，先進(jìn)的工藝技術(shù)與新器件類型。一維/準(zhǔn)一維納米材料由于其獨(dú)特的物理特性以及其在電子、光子及生物傳感等納米器件上的應(yīng)用而備受關(guān)注。隨著電子器件尺寸朝著小尺度、低維方向的發(fā)展，研究人員們不斷地合成出形貌豐富的有序排列的自由站立的三維納米材料。對(duì)于一端固定在襯底表面，另一端自由伸展的納米實(shí)體，如納米線，納米管，納米棒等，怎樣直接在其自由伸展端制作電極仍是一個(gè)亟待解決的技術(shù)難題。基于傳統(tǒng)的光刻技術(shù)或電子束曝光技術(shù)的工藝根本無法解決這一問題。

對(duì)不位于襯底平面內(nèi)的材料進(jìn)行電學(xué)等特性測(cè)試，通常的處理方法如下：首先將材料從襯底上分離開來，這包括納米實(shí)體的刮取收集、液相分散，表面轉(zhuǎn)移等步驟，參見文獻(xiàn)“Optical?and?electrical?properties?ofZnO?nanowires?grown?on?aluminium?foil?by?non-catalytic?thermalevaporation”.《Nanotechnology》.2007，Vol.18：175606。在該文中，首先將生長(zhǎng)于襯底上的ZnO納米線經(jīng)刀片刮離襯底，然后放入乙醇溶液進(jìn)行超聲使聚團(tuán)納米線族分離，之后取分散液少量，滴到具有絕緣薄膜層的襯底表面；電極的制作則采用電子束曝光或聚焦離子束沉積的方法。上述方法的不足之處在于：1.使用刀片對(duì)襯底上的納米材料進(jìn)行分離容易對(duì)納米材料造成機(jī)械損傷，并破壞了其原始幾何形狀，尤其是對(duì)于多臂或其它形狀復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)；2.分散液進(jìn)行取液時(shí)具有很大的隨機(jī)性，不僅在尋找分散的單一納米材料時(shí)耗費(fèi)時(shí)間，也很難對(duì)之前所關(guān)注的單根納米材料進(jìn)行測(cè)試研究。另外一種可以克服上述某些不足的方法是利用聚焦離子束的刻蝕功能，將自由站立微納材料準(zhǔn)確無誤的與襯底分離，使之位于支撐襯底平面，然后進(jìn)行電極制作。歸根到底，這兩種方法所制作的器件，電流的流動(dòng)均位于襯底平面內(nèi)，是一種間接的、平面器件的加工方法，改變了材料的原始空間結(jié)構(gòu)與位置，對(duì)集成度的提高具有較大的局限性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種制備三維微納器件的方法，直接在自由站立微納材料的自由端準(zhǔn)確無誤的形成微納電極及三維配線，實(shí)現(xiàn)真正意義上的三維器件的制作，為微納器件多功能混合集成提供新的工藝途徑。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種制備三維微納器件的方法，其包括下列步驟：

(1)樣品放置與固定：

(i)若襯底是具有表面絕緣薄膜層的導(dǎo)電襯底，用導(dǎo)電物質(zhì)從襯底背面將其固定在樣品托上；

(ii)若襯底是具有表面導(dǎo)電層的電絕緣襯底，將樣品固定在樣品托上后，再用導(dǎo)電物質(zhì)將樣品表面與樣品托連接.將固定于樣品托上的樣品放入雙束SEM/FIB或單束FIB腔體內(nèi)的樣品臺(tái)上，然后對(duì)樣品臺(tái)實(shí)行一定角度的傾斜，使FIB垂直于襯底入射；

(2)自由站立的三維微納材料的圖形觀測(cè)：

移動(dòng)樣品臺(tái)，用SEM或低束流離子流進(jìn)行圖形觀測(cè)，找到需要形成電極接觸的自由站立微納材料及其自由端的位置，并測(cè)量其尺寸；

(3)襯底平面內(nèi)電極接觸塊及/或連線的生長(zhǎng)：

a)在生長(zhǎng)自由站立微納材料材料前，采用傳統(tǒng)的光刻、電子束曝光或聚焦離子束沉積方法形成襯底平面內(nèi)的大電極接觸塊與連線；

b)對(duì)于自由站立微納材料生長(zhǎng)前沒有任何電極接觸的情況，根據(jù)材料的位置，采用聚焦離子束，原位生長(zhǎng)電極接觸塊與/或電極引線；

(4)三維電極接觸及連線的制作：

對(duì)自由站立微納材料形成三維電極接觸與連線；

(5)襯底上殘余沉積的清除：

將樣品臺(tái)傾斜一定的角度，使離子束以一定的角度側(cè)向入射，使步驟4)中加工的三維結(jié)構(gòu)的正下方完全無遮擋的暴露在FIB視場(chǎng)中；然后設(shè)定掃描區(qū)域，將三維結(jié)構(gòu)下方的殘余沉積去除；

(6)得成品。