[發(fā)明專利]掃描探針及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610633443.3
• 申請日: 2016-08-05
• 公開（公告）號: CN107689379B
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 秦華;劉永濤;李欣幸;張志鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
• 主分類號: H01L27/12
• 分類號: H01L27/12;H01L21/84;H01L29/775;H01L21/335;G01Q60/00
• 代理公司: 深圳市銘粵知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44304
• 代理人: 孫偉峰

本發(fā)明提供了一種掃描探針及其制備方法。所述掃描探針包括：襯底，包括平板部以及由所述平板部的一端延伸的呈針形的凸出部；靜電探針，設(shè)置于所述凸出部之上；單電子晶體管，設(shè)置于所述平板部之上且與所述靜電探針相對。所述制備方法包括：形成靜電探針和單電子晶體管；形成第二子平板部和針形的第二子凸出部；形成第一子平板部和針形的第一子凸出部，并且使所述第一子凸出部的邊沿超出所述第二子凸出部的邊沿、使所述第一子平板部的邊沿超出所述第二子平板部的邊沿。本發(fā)明提供的掃描探針側(cè)向刻蝕小、形貌好，可實現(xiàn)高速、高靈敏度、高分辨率電荷探測，其制備方法工藝簡單，成品率高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米器件及納米加工技術(shù)，具體地講，涉及一種掃描探針及其制備方法。

背景技術(shù)

單電子晶體管基于庫侖阻塞效應(yīng)和單電子隧穿效應(yīng)，可對微納尺度下及其臨域內(nèi)的微小電荷變化進行高靈敏度的探測。單電子晶體管的核心結(jié)構(gòu)是尺度僅為幾個到幾十納米、對電荷很敏感的量子點或庫侖島，量子點通過隧穿結(jié)與源漏電極耦合，柵極與庫侖島間則通過電容耦合對庫侖島進行調(diào)控。單電子晶體管電荷靈敏度可達到10^-6e/Hz^0.5，然而帶寬比較小，一般要小于1MHz。將對電荷極其靈敏的單電子晶體管集成在探針的頂端可同時實現(xiàn)電荷掃描探測和形貌成像。目前，國際上對單電子晶體管掃描探針(SET ScanningProbe)已有相關(guān)的研究報道，并且射頻單電子晶體管(Radio Frequency-SET)技術(shù)也已經(jīng)被實現(xiàn)，但是兩種功能相集成的射頻單電子晶體管掃描探針尚未得以實現(xiàn)并應(yīng)用。

現(xiàn)有的制備單電子晶體管掃描探針的工藝方法包括：一、在光纖探針尖端上通過多角度蒸鍍Al并氧化，制備出Al/Al₂O₃的單電子晶體管探針(SET Scanning Probe)，并成功實現(xiàn)單電子晶體管探針對樣品表面的電荷探測和幾何形貌成像，但是，這種制備方法工藝過程復(fù)雜，成品率低、不能進行大批量制備；二、為了大批量制備可替換的單電子晶體管掃描探針，可以利用成熟的MEMS工藝通過在硅基上多次沉積Al并氧化，制備出Al/Al₂O₃的單電子晶體管掃描探針，探針上的單電子晶體管具有良好的庫侖阻塞效應(yīng)，并實現(xiàn)了探針的幾何形貌掃描成像功能，但是工藝制備過程相對復(fù)雜，同時基于Al/Al₂O₃型的單電子晶體管，工作溫度通常在300mK以下，無法在更高溫度的工作。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種側(cè)向刻蝕小、形貌好，可實現(xiàn)高速、高靈敏度、高分辨率電荷探測的大傾角掃描探針及其制備方法。

本發(fā)明提供了一種掃描探針，所述掃描探針包括：襯底，包括平板部以及由所述平板部的一端延伸的呈針形的凸出部；靜電探針，設(shè)置于所述凸出部之上；單電子晶體管，設(shè)置于所述平板部之上且與所述靜電探針相對。

進一步地，所述平板部包括第一子平板部以及夾設(shè)于所述單電子晶體管和所述第一子平板部之間的第二子平板部，所述第一子平板部的邊沿超出所述第二子平板部的邊沿；所述凸出部包括第一子凸出部以及夾設(shè)于所述靜電探針和所述第一子凸出部之間的第二子凸出部，所述第一子凸出部的邊沿超出所述第二子凸出部的邊沿。

進一步地，所述單電子晶體管為共漏極單電子晶體管，所述共漏極單電子晶體管包括間隔排列的第一源極、第一柵極、漏極、第二柵極、第二源極，以及第一隧穿結(jié)、第一庫侖島、第二隧穿結(jié)、第二庫侖島；所述第一源極通過一第一隧穿結(jié)連接所述第一庫侖島的一端，所述漏極通過一第一隧穿結(jié)連接所述第一庫侖島的另一端；所述第二源極通過一第二隧穿結(jié)連接所述第二庫侖島的一端，所述漏極通過一第二隧穿結(jié)連接所述第二庫侖島的另一端。

進一步地，所述第一柵極與所述第一庫侖島相對；所述第二柵極與所述第二庫侖島相對。

進一步地，所述靜電探針包括主體部、連接所述主體部且朝背向所述漏極方向延伸形成的長針部。