[發明專利]一種半導體納米材料器件及其制作方法

有效

• 申請號: 201110455639.5
• 申請日: 2011-12-30
• 公開（公告）號: CN103187249A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 劉冬華;張廣宇;時東霞
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: H01L21/20
• 分類號: H01L21/20;H01L21/223;H01L29/36
• 代理公司: 北京智匯東方知識產權代理事務所(普通合伙) 11391
• 代理人: 郭海彬;范曉斌

技術領域

本發明涉及半導體納米結構器件，特別是涉及一種半導體納米材料器件及其制作方法。

背景技術

納米技術中，金屬電極與半導體材料的接觸存在兩種形式，一種是整流接觸即肖特基接觸，另一種是非整流接觸即歐姆接觸。其中，肖特基接觸是指金屬電極和半導體材料相接觸的時候，在界面處半導體的能帶彎曲，形成肖特基勢壘，導致了大的界面電阻。而歐姆接觸是指金屬電極與半導體的接觸電阻遠小于半導體本身的電阻，使得組件操作時，大部分的電壓降在活動區而不在接觸面。半導體器件或集成電路必須與外部電路相連接，這種連接是通過金屬-半導體結的歐姆接觸實現的。

在半導體納米器件的加工過程中，隨著器件尺寸的降低，金屬電極與材料接觸電阻的影響更加明顯。因此如何有效地降低金屬電極與半導體的接觸電勢，使接觸電勢與電流無關，是保證半導體器件性能正常發揮的關鍵。所以，在1-D(一維)或2-D(二維)半導體納米材料在器件的制作過程中如何降低金屬電極與材料的接觸電阻是一個重要的問題。目前解決金屬電極和納米半導體器件接觸電阻的方法主要有兩種：1)選擇合適的金屬電極材料，使金屬電極和半導體材料形成化合物。例如，在硅納米線晶體管加工過程中使用鎳電極，接觸會明顯改善。但是此種方法存在的問題是，電極材料在退火過程中會出現向器件溝道中擴散的現象，使得器件的電學性質變得更加復雜。2)提高半導體材料的摻雜濃度，降低金屬電極與半導體的接觸電勢。雖然接觸電阻有所降低，但是對于晶體管來說，關閉電流相應提高，使得器件的開/關電流比率降低，影響了器件的性能。

因此，如何在有效地降低金屬電極與半導體的接觸電勢的同時，提供較高的開/關電流比率，是亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明實施例的目的是提供一種半導體納米材料器件及其制作方法，既保證了較小的接觸電阻，同時也消除了高摻雜層對器件的影響，使器件的性能有很大的提高。

為了實現上述目的，本發明提供了一種半導體納米材料器件的制作方法，包括：

步驟一，制備低摻雜的半導體納米材料；

步驟二，在所述半導體納米材料的表面生長高摻雜的過渡層；

步驟三，在具有所述過渡層的所述半導體納米材料上制作電極；

步驟四，去除所述過渡層的未被所述電極覆蓋的區域；

步驟五，進行半導體納米材料器件的后續加工。

優選地，上述的方法中，所述步驟三包括：

將具有所述過渡層的所述半導體納米材料轉移到具有納米氧化層的硅片基底上或者直接在帶有定位標記的硅片上生長有過渡層的半導體納米材料，在光學顯微鏡下進行定位；

在所述的定完位的帶有氧化硅的硅片基底上旋涂一層光刻膠，用電子束曝光以及顯影技術在光刻膠上得到電極圖案，通過熱蒸發方法蒸金屬，得到具有所述電極圖案的所述電極。

優選地，上述的方法中，所述步驟四包括：

重新旋涂一層光刻膠，用電子束曝光以及顯影技術在電極之間的光刻膠上開出腐蝕窗口；

用特定的蝕刻性水溶液腐蝕外層氧化層；

用其它的腐蝕液(如氫氧化鉀)腐蝕掉所述過渡層的未被所述電極覆蓋的區域；

用氫氣的等離子體將光刻膠去除干凈。

所述納米氧化層為具有定位標記的一定厚度的氧化硅，所述硅片為帶有一定厚度的二氧化硅的硅片。

優選地，上述的方法中，所述半導體納米材料為一維或二維的納米材料。

優選地，上述的方法中，

所述步驟一包括：利用氫氣作為載氣，硅烷作為氣源，以磷烷作為摻雜氣源進行n型摻雜或者以硼烷作為摻雜氣源進行p型摻雜，以440攝氏度的核生長溫度進行p型硅納米線的核生長或者以460℃的核生長溫度進行n型硅納米線的核生長；

所述步驟二包括：以520℃的殼生長溫度進行p型硅納米線或者n型硅納米線的殼生長。

優選地，上述的方法中，所述步驟一包括：以320℃的核生長溫度進行核生長，以280℃低摻雜生長Ge納米線

所述步驟二包括：通過400℃沉積高摻雜層。

本發明還提供一種半導體納米材料器件，包括：

低摻雜的半導體納米材料層；

在所述半導體納米材料的表面生長的高摻雜的過渡層；

在所述的帶有過渡層的納米半導體材料上制作的電極；

所述過渡層的未被所述電極覆蓋的區域被去除掉。

本發明實施例至少存在以下技術效果：