[發明專利]替位式摻雜原子尺度導線

在審

• 申請號: 201710298639.6
• 申請日: 2017-04-27
• 公開（公告）號: CN108793063A
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 邵詩婷
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;B82B1/00;B82B3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種替位式摻雜原子尺度導線、制備方法和應用領域。該原子尺度導線是在半導體性質的碳基材料(半導體碳納米管或半導體石墨烯納米帶)上，采用SPM和單離子注入技術替位式摻雜三族、四族、或五族元素，形成寬度為原子量級的導線，可用于連接原子尺度的電子器件，作為原子量級線程的大規模集成電路的互連，制備相應的集成電路。

一、技術領域

本發明涉及微電子領域和納米電子領域向更小尺度(原子尺度)領域延伸的導線、制備方法和應用。

二、背景技術

隨著器件尺寸的縮小，微電子工業正在逼近其物理極限，對應的預示微電子工業發展步伐的摩爾定律也隨之失效。人們竭盡全力發展納米電子科學技術，但是收效甚微，以至于在今年初，建議世界電子工業轉向智能制造的呼聲漸起。人們主要研究納米尺度和分子尺度的導線與器件，所得的納米與分子尺度導線與器件性能及穩定性差，難以重復，原子尺度的導線與器件很少有人研究。我們致力于研究納米尺度以下的原子尺度導線，目前最接近的技術為一維單原子鏈技術，但是這種一維單原子鏈不穩定，可重復性差，不能自支撐。

三、發明內容

本發明提供一種替位式摻雜原子尺度導線、制備方法和應用領域。這種原子尺度導線，比納米與分子尺度導線寬度更小，性能與穩定性好，容易重復制備；同時也優于一維單原子鏈，穩定和可重復，能自支撐。

為實現上述目的，本發明的替位式摻雜原子尺度導線是用來連接原子尺度(一至幾十原子大小)的器件，來制備相應的集成電路，滿足未來對寬度在原子量級導線的需求；技術方案是在半導體性質的碳基材料(半導體碳納米管或半導體石墨烯納米帶)上，替位式摻雜三族、四族、或五族元素，形成寬度為原子量級的導線；在上述碳基材料中，替位式摻雜原子沿著碳納米管管軸或石墨烯納米帶縱向，在平行縱向對稱軸的相鄰1～5排晶列上每一晶胞內特定幾個格點上周期性的進行摻雜形成原子尺度導線(幾原子寬度)。

上面所述的替位式摻雜原子尺度導線，其中碳基材料是指具有半導體性質的碳納米管或半導體性質的石墨烯納米帶，該石墨烯納米帶可以是邊緣裸露的，或邊緣碳原子被氫化(一個氫原子或二個氫原子)，或邊緣碳原子被不同基團(包括氫原子、羥基、酮基、氫和羥基共同飽和)修飾，或一塊石墨烯上被氫原子、或氟原子、或氧原子吸附成鍵而分隔出的石墨烯納米帶。

所述的替位式摻雜原子尺度導線，可以是一根導線只摻雜三族、四族、或五族元素中的一種元素。

所述的替位式摻雜原子尺度導線，所用摻雜原子可以是氮、磷或硼原子，半導體性質的碳納米管可以是(8，0)碳納米管，半導體石墨烯納米帶可以是扶手椅型的石墨烯納米帶。

一種制備替位式摻雜原子尺度導線的方法，要在半導體性質的碳基材料(半導體碳納米管或半導體石墨烯納米帶)上實現定點摻雜，必然要在原子水平操縱原子，采用SPM和單離子注入技術在特定格點去除一個碳原子和添加一個摻雜原子；用SPM施加一個電脈沖，將指定格點上的碳原子吸附，并搬運走，然后再吸附并搬運一個摻雜原子來到該指定格點，通過施加一個電脈沖將該摻雜原子填入該指定格點；用單離子注入技術直接在指定格點將摻雜離子注入，用注入的摻雜離子轟擊和替代碳原子；沿碳納米管管軸或石墨烯納米帶縱向周期性地用摻雜原子替換特定格點碳原子，采用軟件程序控制SPM探針和單離子注入沿縱向的移動來實現。

一種替位式摻雜原子尺度導線的用途，在半導體性質的碳基材料(半導體碳納米管或半導體石墨烯納米帶)上，替位式摻雜三族、四族、或五族元素，形成寬度為原子量級的導線；該原子尺度的導線可用于連接原子尺度的電子器件，作為原子量級線程的大規模集成電路的互連，制備相應的集成電路。

四、附圖說明

圖1是(8，0)單壁碳納米管上摻雜硅原子的示意圖。

圖2是(8，0)單壁碳納米管上摻雜氮原子的示意圖。