[發(fā)明專利]一種電場調(diào)控原子尺寸器件光電性能的方法

在審

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• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113063968A
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭學(xué)軍;呂巖;董輝;彭金峰;穆軍政
• 申請（專利權(quán)）人: 湘潭大學(xué)
• 主分類號: G01Q60/24
• 分類號: G01Q60/24
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 謝浪

本發(fā)明公開了一種通過電場調(diào)控原子尺寸器件光電性能的方法，首先搭建原子級溝道長度的光電器件，在電場作用下通過調(diào)節(jié)溝道長度，控制光電性能的變化，本發(fā)明測量溝道長度精度達(dá)到0.01nm，達(dá)到了原子級，通過施加電場，實(shí)現(xiàn)原子級溝道長度可控調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)了器件電導(dǎo)率和光電開關(guān)比的調(diào)控，建立了原子級溝道長度與光電性能的定量關(guān)聯(lián)。本發(fā)明對場效應(yīng)晶體管、光電探測器、傳感器等器件性能以至整個MEMS的設(shè)計都有著非常重要的指導(dǎo)作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體測試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種原子尺寸器件光電性能的電場調(diào)控方法。

背景技術(shù)

C-AFM即原子力顯微鏡的導(dǎo)電模塊，是在AFM接觸模式基礎(chǔ)上結(jié)合外部導(dǎo)電回路，在針尖和樣品之間施加一定的偏壓，并記錄導(dǎo)電探針和樣品間的電流值，C-AFM己被用來測量局部電導(dǎo)率、局部壓電性、光電性質(zhì)等。(Advanced Materials,2015,27(4):695-701.)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、納米功能材料、生物等領(lǐng)域中，是目前研究納米技術(shù)和材料分析最重要的工具之一。(Applied Surface Science,2006,252(6):2375-2388.)

調(diào)控光電性能的主要方法：表面等離子體作用(Appl.phys.lett.2011,13:3678-3681.)、激光輻照(Nano Res.2012,5:412-420.)和摻雜(Nature communications,2015,6,6564.)。然而，上述方法存在一些缺點(diǎn)，等離子體作用增強(qiáng)效應(yīng)對薄膜襯底具有選擇性且操作過程復(fù)雜；激光輻照進(jìn)行表面改性的研究很多，但沒有構(gòu)建輻照和光電性能的定量的關(guān)聯(lián)；摻雜雖能調(diào)控光電性能，但會使納米材料的結(jié)晶質(zhì)量變差。因此，對其光電性質(zhì)進(jìn)行有效地調(diào)控,對構(gòu)造半導(dǎo)體納米器件的高性能光電器件，尤其是垂直結(jié)構(gòu)器件(Scienceadvances,2019,5(12):eaax6061.)具有重要意義。

光刻(Small,2018,14(49):1870239.)和電子束曝光(Nature nanotechnology,2011,6(3):147.)是傳統(tǒng)構(gòu)建具有溝道長度器件的方法。然而，上述方法不能對器件溝道長度進(jìn)行調(diào)節(jié)。相關(guān)科研人員研究發(fā)現(xiàn)，隨著電子器件和光電器件尺寸越來越小，溝道長度也隨之縮小，溝道長度減少到原子級尺寸可以產(chǎn)生不同的性質(zhì)，并對器件及電路性能、半導(dǎo)體器件設(shè)計優(yōu)化產(chǎn)生重大影響，也就是說溝道長度對器件的光電性能有著重要的影響(ACSnano,2015,9(3):2843-2855.)。

因此，深入研究原子級溝道長度對器件光電性能的影響，對整個集成電路的設(shè)計有著非常重要的作用。

發(fā)明內(nèi)容

本申請旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的目的之一在于通過電場調(diào)節(jié)原子級的溝道長度，提供一種電場調(diào)控原子尺寸器件光電性能的方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種電場調(diào)控原子尺寸器件光電性能的方法，利用C-AFM對原子器件施加設(shè)定時間的偏壓實(shí)現(xiàn)其原子級溝道長度的調(diào)節(jié)，通過測試偏壓作用后的原子器件的I-V曲線和I-T曲線，計算得到偏壓作用后各對應(yīng)溝道長度下器件的電導(dǎo)率和開關(guān)比，從而獲得溝道長度與電導(dǎo)率以及溝道長度與開關(guān)比的關(guān)系式。

-進(jìn)一步的，具體過程如下：

步驟一：搭建電場

將器件放在C-AFM樣品臺上，通過導(dǎo)線與導(dǎo)電探針連成回路；

步驟二：測量溝道長度

首先記錄原子器件的原始形貌圖并測量其高度，得到初始溝道長度，再通過C-AFM施加設(shè)定時間的固定偏壓，使樣品與針尖接觸部分受到電場作用，記錄施加設(shè)定時間的偏壓后原子器件形貌圖，作出高度圖，得到電場作用后的溝道長度；

步驟三：測試光電性能