[實用新型]一種納米器件電學測試用鎢探針的制備裝置

有效

• 申請號: 201220663653.4
• 申請日: 2012-12-06
• 公開（公告）號: CN202989329U
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 吳幸;于開浩;孫立濤
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C25F3/08
• 分類號: C25F3/08
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明主要涉及通過電化學腐蝕法制備納米器件電學測試用的鎢探針的方法及制備裝置。

背景技術

隨著半導體集成電路集成度的提高，器件尺寸不斷縮小，目前主流半導體晶體管已經達到了22納米的特征尺寸。為了測量單個小尺寸器件的電學特性，需要與器件接觸的金屬探針直徑足夠小。特別地，晶體管是四端器件，在測量時，在很小的區域內需要四根金屬探針仍然有足夠的空間移動自由，這就需要金屬探針的長徑比（長度/直徑）足夠大。例如長徑比小（3:1）的探針，在小區域移動過程中，會碰到其它金屬探針，造成短路，從而無法進行正常的電學測量。

目前制備鎢針尖的主流方法電化學腐蝕法。各種不同的電化學腐蝕法已經被發現，例如，在美國專利US?5630932或者西南大學學報在2011年5月第5期第33卷崔慶國等人發表的《利用下端腐蝕法制備納米級STM探針》論文中。電化學腐蝕技術通常依賴于將要制備的探針鎢絲浸入電解液中，并在同樣位于電解液的陰極電極（通常是不銹鋼）與鎢絲之間施加電壓。在施加電壓時，鎢絲位于電解液和空氣之間的邊界層隨著時間的推移逐漸脫落，直到此部分變得非常細的時候，仍然浸入在電解液的鎢絲由于太重而自行脫落。然后，流經鎢絲和電解質溶液的電流迅速斷開從而阻止繼續腐蝕鎢絲。留下的上端鎢絲可做探針。在另一種腐蝕方法中，使用很小的環形電極，鎢絲穿過該環形電極。電解液被滴在環形電極內表面上，這樣只有電解液薄膜區域會發生腐蝕反應。經過一段時間，在電解液薄膜區域的鎢絲會變得非常細，下端由于重力原因自行脫落。下端的鎢絲可做探針。

盡管以上所描述的方法是用于制造原子級別尖端，但是長徑比往往很小，因為只有電解液界面的幾個微米的部分被腐蝕，錐角的變化是突變的。為了制備長徑比大的鎢探針，需要一種新的方法對鎢絲更長的區域進行腐蝕，而且要保證錐角變化連續。

發明內容

發明目的：針對上述現有存在的問題和不足，本發明提供了一種納米器件電學測試用鎢探針的制備裝置，通過本方法可以獲得大長徑比的鎢探針。

技術方案：為實現上述發明目的，本發明采用以下技術方案：一種納米器件電學測試用鎢探針的制備裝置，包括盛有電解液的電解槽、線性傳感器、馬達、支架和隔離管，所述線性傳感器固定在支架上，且通過馬達帶動；所述鎢絲與線性傳感器連接并能隨線性傳感器提升，該鎢絲作為陽極浸入電解液中；同時陰極也浸入電解液，所述隔離管套在陰極周圍，且兩端貫通，上端露出液面。

進一步的，所述陰極和陽極之間設有能實現電流反向的反向偏壓電路，該反向偏壓電路，包括包括第一場效應管、第二場效應管、第三場效應管、第四場效應管、電流比較器、支路轉換器和限流電阻，所述四個場效應管的源極與襯底連接，所述第一場效應管和第二場效應管組成第一支路，所述第三場效應管和第四場效應管組成第二支路；所述第一場效應管的源極與第四場效應管的漏極連接后，再依次與限流電阻和鎢絲連接；所述第三場效應管的源極與第二場效應管的漏極連接后，再與不銹鋼絲連接；所述電流比較器檢測通過鎢絲的電流，當電流大于零時，控制支路轉換器切換到第一支路，此時第一場效應管和第二場效應管工作；當電流為零時，控制支路轉換器切換到第二支路，此時第三場效應管和第四場效應管工作。

有益效果：與現有技術相比，本發明具有以下優點：通過本發明能制備大長徑比的鎢探針；同時通過檢測鎢絲斷開時的反向電流，即可預估鎢探針的尖端錐角，從而節省了傳統的后續需要電子掃描顯微鏡觀察確認的時間和成本。

附圖說明

圖1為本發明所述鎢探針制備方法的原理示意圖；

圖2為本發明所述鎢探針制備裝置的結構示意圖；

圖3為本發明所述反向偏壓電路的示意圖；

圖4為本發明制備的鎢探針的SEM照片；

圖5為本發明所述鎢探針制備過程中通過鎢絲的電流隨時間的變化曲線圖。

其中，支架1、馬達2、線性傳感器3、鎢絲4、電解槽5、不銹鋼絲6、隔離管7、升降臺8、第一場效應管9、第二場效應管10、第三場效應管11、第四場效應管12。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發明。應理解這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。