[發明專利]一種單晶硅納米結構的制備方法

無效

• 申請號: 201110089421.2
• 申請日: 2011-04-11
• 公開（公告）號: CN102205943A
• 公開（公告）日: 2011-10-05
• 發明（設計）人: 趙安迪;于曉梅;王曉菲;吳文剛;董立泉
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B82B3/00
• 分類號: B82B3/00;B82Y40/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及微納機電系統領域，特別涉及一種應用于微納機電器件中的單晶硅納米結構的制作方法。

背景技術

納米制造技術、納米電子學、納米生物學、納米材料學是納米科技的四大領域，其中，納米制造技術作為納米技術的中心之一，是糅合其它各種學科的基本“藝術”，是當前納米科學研究的基礎，它不僅為納米科學各個領域的研究和拓展提供強有力的手段，而且是未來納米產業的支柱，尤其在納米電子學領域。納米制造技術是納米電子學發展的源動力，兩者的融合標志著人類的科學技術將進入到一個跨時代的發展階段。

目前制造納米結構的方法主要有“自下而上”的化學合成和自組裝、模板制造以及“自上而下”微納機械制造方法。雖然不同的技術對于生產特定的結構是非常重要的，但是無人能提供一個全面的解決方案來制造納米結構，這是由于各方法存在不同缺點，如形態中有限的適應性、狹窄的應用領域、復雜的實驗裝置等。

近年來，半導體納米材料和器件研究得到人們的高度重視，利用“自下而上”制備技術和模板制造技術，人們生長制備出Cde、CdSe、CdS、HgS、CdHgTe、Si、Ge、SiGe等材料的量子點、納米線、納米管結構，基于這些材料的半導體納米器件表現出的新穎物理性能為微電子和光電子器件的發展提供了契機。但這類方法制備出的量子點、量子線、納米管等結構一是結構的三維尺度不易于獨立控制，二是不易實現跨微納尺度的加工，以實現電互連，最重要的是這種技術不能制備出高質量、低缺陷態密度的單晶硅納米結構。

“自上而下”的微納機械加工技術是制備單晶硅納米結構的可行制造方法。利用微納機械加工技術，研究人員制備出單晶硅納米懸臂梁，并實現了其高靈敏度的生化傳感檢測應用，納米懸臂梁的質量測量分辨率可達到10^-21g[Yang，Y.T.et?al.Nano?Lett.6，583-586(2006)；Arlett，J.L.et?al.Nano?Lett.6，1000-1006(2006)]；研制的單晶硅納米線(硅NWs)可以與MOSFET結合進行諸如蛋白質，DNA等生物大分子的檢測[Clara?Moldovan?et?al.Semiconductor?Conference，2009.CAS?2009.International.Vol.2.pp.549-552]，也可用于光子晶體研究[V.Poborchii，T.Tada，T.Kanayama，Opt.Commun.，vol.210，pp.285-290，2002]。目前，自上而下制備單晶硅納米結構的主要方法是電子束直寫方法，電子束直寫是一個非常昂貴和耗時的工藝。另外的方法是側墻掩膜技術和光刻膠灰化技術。這兩種方法均是先利用淀積的材料或者硅化的光刻膠形成側墻，再以此作為掩膜進行刻蝕，得到納米線，但是線寬可控程度不高。

發明內容

本發明的目的是提供一種單晶硅納米結構的制作方法，該方法制作成本低，工藝簡單可靠，與微機械加工工藝及IC工藝兼容，而且容易實現跨毫米、微米、納米尺度的加工。

本發明方法可在硅基片或SOI硅片上加工單晶硅納米結構，可加工的結構包括但不限于硅納米線和納米點，所加工出的單晶硅納米結構可應用于制作微納機電傳感器件和納米量子器件。

本發明利用硅熱氧化過程中的側向氧化消耗硅來制作單晶硅納米結構。根據迪爾-格羅夫模型，硅的熱氧化分為4個連續的過程：

1)氧化劑從氣體內部以擴散的形式穿過氣體-襯底附面層運動到氣體-SiO₂界面；

2)氧化劑以擴散的形式穿過二氧化硅，到達二氧化硅-硅界面；

3)氧化劑在硅表面與硅反應生成二氧化硅；

4)反應的副產物離開界面。

在準靜態近似的條件下，得到二氧化硅的厚度x與氧化時間t的關系為：

x=A21+t+τA2/4B-1]]>