[發明專利]一種亞10nm間隙電極對的制備方法

在審

• 申請號: 202210254670.0
• 申請日: 2022-03-15
• 公開（公告）號: CN114649204A
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 涂學湊;劉夢欣;康琳;賈小氫;張蠟寶;趙清源;陳健;吳培亨
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28;H01L21/027;B82Y40/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 封睿

本發明提出了一種亞10 nm間隙電極對的制備方法，根據三角形電極對尖端角度不同將電極對尖端設計為交疊/零間距/不交疊等結構；通過電子束光刻得到電極對圖案，利用電子束蒸發系統沉積金屬；將沉積金屬后的電極對放置在SEM中進行熱處理，通過電子束的輻照熱效應調節電極對頂角間的間距，從而得到亞10 nm間隙電極對。本發明中的制備方法簡單易操作，而且可以在觀察電極對形貌的同時可控地調節電極對間隙，得到想要的電極對間距，完全克服了當前亞10 nm間隙電極對尖端相互粘連和間隙尺寸難于精確控制的制備工藝難題。

技術領域

本發明涉及極限尺寸微納加工技術領域，具體涉及一種亞10nm間隙電極對的制造方法。

背景技術

納米間隙是分子電子學領域的重要研究工具，通過將單個或多個分子集成在納米間隙中間，利用其之間的相互作用探索分子的內在特性。可以用以形成光電探測器、超快納米晶體管等分子級器件及設備，挑戰性能上的極限。此外亞10nm間隙結構在電子生物傳感器、納米天線、表面增強拉曼光譜、等離激元器件等應用中也發揮著重要作用，因此穩定可靠地制備亞10nm間隙對研究基于納米間隙的器件至關重要。通常具有高分辨率的電子束光刻是最常見最直接的技術手段，但由于電子束曝光時的臨近效應以及納米尺寸金屬電極的熱脹冷縮效應，很難穩定得到亞10nm間隙，時常出現電極尖端相互粘連和間隙尺寸難于精確控制的難題，導致微制造工藝的失敗。

CN101067719A公開了一種構筑亞10納米間隙及其陣列的方法，該方法利用了電子束光刻技術中的鄰近效應，將兩個圖案設計成連續(頂點連接但不交疊)，通過控制電子束的刻蝕能量與圖形轉移將兩個圖案的gap控制在亞10納米級。該方法雖然簡單易行，但在實際制備過程中由于電子束光刻時的鄰近效應，并不適用于所有角度的三角形電極，尤其當電極尖端角度較大時，圖形轉移后電極之間很容易粘連在一起而無法形成gap。

CN104465327A公開了一種納米對電極及其制備方法，通過將納米對電極設計為長方形加三角形的形狀，減弱電子束曝光時的鄰近效應，得到間距3-10nm的納米對電極。其中長方形的短邊和三角形的一條邊重合，兩個長條形部分的三角形相互面對形成點接觸，通過調整曝光版圖中三角形頂角的角度，對納米對電極的間距進行修正。該方法工藝簡單、適合大規模生產，但該專利中也提到當版圖接觸角度較小時，即使零間隙版圖曝光制作的電極間距也會超過10nm，而當版圖接觸角度太大時，鄰近效應比較明顯，很難形成10nm以下的間隙。

CN110993487A公開了一種亞10nm間隙結構的制備方法及其應用，通過將版圖設計成對頂結構的交疊圖形，克服了當設計的對頂結構的頂角小于40°時存在的欠曝光問題，成功制備得到亞10納米間隙結構。但該方法并不適用于頂角大于40°時的對頂結構且文中并未提及相應的解決方案。

CN112086345A公開了一種尺寸在10nm以下的電極間隙的制備方法及其產品和用途，通過將掩模圖形設計成對頂結構的交疊形狀，利用欠曝光來抵消鄰近效應的影響，實現尺寸在10nm以下的電極間隙的加工和制備。

上述專利中所提到的方法大多要通過精準的圖形設計和電子束曝光的鄰近效應/欠曝光進行制備，具有很多的限制和不確定性，因此如何更加靈活、便捷、可控的制備亞10nm間隙電極對一直是人們面臨的技術難題。

發明內容

本發明的目的在于提出一種亞10nm間隙電極對的制造方法，可以更加靈活可控地制備亞10nm間隙電極對。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種亞10nm間隙電極對的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，根據電極對尖端角度設計掩模圖形；

步驟2，在襯底上旋涂電子束膠，利用電子束光刻形成掩模圖形，再在表面沉積金屬；