[發明專利]一種背柵ZnO多納米線溝道場效應晶體管的制作方法

無效

• 申請號: 200910301768.1
• 申請日: 2009-04-23
• 公開（公告）號: CN101540287A
• 公開（公告）日: 2009-09-23
• 發明（設計）人: 徐靜波;付曉君;張海英
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;B82B3/00
• 代理公司: 北京市德權律師事務所
• 代理人: 王建國

技術領域

本發明涉及化合物半導體材料、器件技術領域，具體涉及一種背柵ZnO多納米線溝道場效應晶體管的制作方法。

背景技術

ZnO是目前擁有納米結構和特性最為豐富的材料，已實現的納米結構包括納米線、納米帶、納米環、納米梳、納米管等等。其中，一維納米線由于材料的細微化，比表面積增加，具有常規體材料所不具備的表面效應、小尺寸效應、量子效應和宏觀量子隧道效應，晶體質量更好，載流子的運輸性能更為優越。一維納米線不僅可以實現基本的納米尺度元器件(如激光器、傳感器、場效應晶體管、發光二極管、邏輯線路、自旋電子器件以及量子計算機等)，而且還能用來連接各種納米器件，可望在單一納米線上實現具有復雜功能的電子、光子及自旋信息處理器件。

ZnO納米線場效應晶體管(Nanowire?Field-Effect?Transistor，縮寫NW?FET)已成為國際研究的熱點之一。ZnO一維納米線作為溝道，與柵氧和柵金屬可以形成金屬-氧化物-半導體場效應晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor?Field-Effect?Transistor，縮寫MOSFET)。由于ZnO納米線的電學性能隨周圍氣氛中組成氣體的改變而變化，比如未摻雜的ZnO對還原性、氧化性氣體具有優越的敏感性，因此能夠對相應氣體進行檢測和定量測試。這使得ZnO一維納米線場效應晶體管可以用于氣體、濕度和化學傳感器、光電和紫外探測器、存儲器(Memory)等應用領域。尤其是能夠對有毒氣體(如CO、NH₃等)進行探測，通過場效應晶體管的跨導變化，即可檢測出氣體的組成及濃度。與常規SnO₂氣體傳感器相比，基于ZnO納米線場效應晶體管的氣體傳感器具有尺寸小，成本低，可重復利用等優點。

綜上所述，ZnO納米線場效應晶體管的研制在納米電子學和新型納米傳感器方面具有重要的研究和應用價值，將會對國民經濟的發展起到重要的推動作用。

但是，近年來國際上多數研究成果都是針對ZnO單納米線FET器件及其應用，器件工作電流較小，器件性能還有待于進一步提高。考慮到現有ZnO納米線FET器件的開態工作電流較低，成為實際應用的主要技術瓶頸之一，因此高開態工作電流的ZnO納米線FET器件是目前ZnO納米器件的一個重要研究方向。

發明內容

為了解決現有ZnO納米線場效應晶體管工作電流小、與實際應用有較大差距的問題，本發明提供一種背柵ZnO多納米線溝道場效應晶體管的制作方法，將多根ZnO納米線作為并聯溝道，并且將納米線溝道部分懸浮于空氣中，提高場效應晶體管的傳感性能。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案為：一種背柵ZnO多納米線溝道場效應晶體管的制作方法，其制作方法步驟如下：

(1)在襯底上表面生長介質；

(2)在襯底背面制作背柵電極；

(3)在介質上表面制作底層源漏電極；

(4)對ZnO納米線進行初步定位；

(5)通過納米操控技術將ZnO納米線放置在底層源漏電極上；

(6)制作頂層源漏電極。

上述步驟(1)中的介質是在襯底上表面利用射頻等離子體增強化學氣相沉積技術生長SiO₂所得到的柵氧介質。

上述步驟(2)中的背柵電極是在襯底背面蒸發金屬制得的。

上述步驟(3)中的底層源漏電極是通過在介質上表面經過光刻、蒸發、剝離步驟制作電極金屬得到的。

上述步驟(4)中對ZnO納米線進行初步固定是通過交流雙向介電電泳技術，其固定過程如下，將ZnO納米線材料放入異丙醇溶液內超聲降解，再將含有ZnO納米線的溶液滴于底層源漏電極之間的區域；利用交流雙向介電電泳原理，在源漏電極兩端施加交流電壓，形成非均勻電場，并使電場內的中性微粒產生極化。由于非均勻電場內存在電場梯度，極化微粒兩端受到的電場庫侖力不平衡，庫侖力的合力矩將驅動微粒運動；ZnO納米線在電場的作用下，由雜亂無序的排列逐漸變為較一致的取向，實現批量ZnO納米線的可控驅動與初步定位。

上述步驟(5)中將ZnO納米線放置在底層源漏電極上的過程如下，在原子力顯微鏡下，利用探針精確操控指定的ZnO納米線，將納米線放至底層源漏電極之上，實現多根懸浮ZnO納米線的規則排列，以及其與源漏電極的精確組裝，并將多余納米線撥離源漏電極。

上述步驟(6)的頂層源漏電極是依次進行光刻電極圖形、蒸發金屬、金屬剝離制得的。

與現有技術相比，本發明技術方案產生的有益效果如下：