[發(fā)明專利]離子導(dǎo)體集成電路及制備方法與應(yīng)用

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• 申請日: 2022-09-01
• 公開（公告）號: CN115394632A
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林彬;王國慶
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L27/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.離子導(dǎo)體集成電路及制備方法與應(yīng)用，其特征在于，應(yīng)用于集成電路系統(tǒng)，所述集成電路系統(tǒng)用于制造集成有原子尺度并可以快速傳導(dǎo)離子的集成電路，所述方法包括：

獲取初始氮化硼等材料，在所述初始原子尺度氮化硼等材料下設(shè)置基底層，得到第一形態(tài)離子導(dǎo)體集成電路，所述基底層和初始原子尺度氮化硼等材料形成由下至上的位置關(guān)系；

針對所述第一形態(tài)離子導(dǎo)體集成電路執(zhí)行預(yù)設(shè)的刻蝕工藝，得到第二形態(tài)離子導(dǎo)體集成電路，所述第二形態(tài)離子導(dǎo)體集成電路執(zhí)行預(yù)設(shè)的刻蝕工藝?yán)蔑w秒激光加工技術(shù)、非線性激光加工技術(shù)或化學(xué)刻蝕等方法為對初始原子尺度氮化硼等材料進(jìn)行人工刻蝕，用于構(gòu)建原子尺度的離子傳輸通道；

在所述第二形態(tài)離子導(dǎo)體集成電路上設(shè)置鈍化層和金屬層，得到第三形態(tài)離子導(dǎo)體集成電路，所述鈍化層和所述金屬層形成由下至上的位置關(guān)系，所述金屬層包括所述功率放大器，所述鈍化層用于保護(hù)所述離子導(dǎo)體集成電路；

針對所述第三形態(tài)離子導(dǎo)體集成電路執(zhí)行預(yù)設(shè)的背面制造工藝，得到所述離子導(dǎo)體集成電路。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子導(dǎo)體集成電路，其特征在于：氮化硼等材料具有耐高溫、熱膨脹系數(shù)小、熱導(dǎo)率高、介電常數(shù)低、可靠的電絕緣性等優(yōu)異性能，很好契合離子導(dǎo)體材料的要求；氮化硼等材料是陶瓷類材料，對目前離子導(dǎo)體材料來說，制備容易、成本低廉。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子導(dǎo)體集成電路，其特征在于：氮化硼等材料作為離子導(dǎo)體集成電路材料，具有良好的絕緣性、導(dǎo)熱性，不僅能夠減小電池內(nèi)短路電流，還能夠盡快將集成電路工作時所產(chǎn)生的熱導(dǎo)出去，使集成電路工作在良好的溫度范圍內(nèi)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子導(dǎo)體集成電路，其特征在于：氮化硼等材料作為離子導(dǎo)體集成電路材料不僅有高熔點(diǎn)且兼有高溫下相當(dāng)大的電阻率。尤其是六方片狀結(jié)構(gòu)的氮化硼等陶瓷，具有高溫下低摩擦系數(shù)，熱膨脹系數(shù)與鎢相近等優(yōu)點(diǎn)，所以將成為理想的高溫絕緣材料，這對集成電路材料的要求很符合。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子導(dǎo)體集成電路，其特征在于：氮化硼等材料作為離子導(dǎo)體集成電路材料，它的化學(xué)穩(wěn)定性好，且不被大多數(shù)的熔融金屬、玻璃和鹽潤濕，因此具有很高的抗酸、堿、熔融金屬及玻璃的侵蝕能力，有良好的化學(xué)惰性。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子導(dǎo)體集成電路，其特征在于：氮化硼等材料作為離子導(dǎo)體集成電路材料，在工業(yè)很容易制得，諸如：水熱合成法、化學(xué)氣相沉積法等，使得其相比于其它離子導(dǎo)體集成電路材料更加成本低廉，應(yīng)用更廣。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子導(dǎo)體集成電路，其特征在于：基底層和鈍化層的材料是硅、氮化硼或二氧化硅。

8.離子導(dǎo)體集成電路的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

以含硼元素和氮元素等化合物為前驅(qū)體，在基底上進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，沉積完畢得到所述六方氮化硼等單晶，構(gòu)成所述基底層的材料為硅或二氧化硅，所述化學(xué)氣相沉積步驟中，載氣為氫氣等還原性氣體；

采用由塊狀氮化硼等材料切割、化學(xué)剝離、機(jī)械剝離等方法，制備出具有原子尺度的離子導(dǎo)體材料，得到第一形態(tài)離子導(dǎo)體集成電路；

在第一形態(tài)離子導(dǎo)體集成電路的基礎(chǔ)上，使用飛秒激光加工技術(shù)、非線性激光加工技術(shù)或化學(xué)刻蝕等方法對原子尺度的離子導(dǎo)體材料進(jìn)行人工刻蝕，用于構(gòu)建原子尺度的離子傳輸通道，得到第二形態(tài)離子導(dǎo)體集成電路；

在第二形態(tài)離子導(dǎo)體集成電路上置鈍化層和金屬層，得到第三形態(tài)離子導(dǎo)體集成電路，并對第三形態(tài)離子導(dǎo)體集成電路執(zhí)行預(yù)設(shè)的背面制造工藝，得到所述原子尺度離子導(dǎo)體集成電路，不僅尺寸更小更薄，而且離子傳輸速率快，而且靈敏度高，功耗更低；

本發(fā)明提供的新型離子導(dǎo)體集成電路的制備方法；通過該方法可以提供離子導(dǎo)體集成電路及制備方法與應(yīng)用，以解決當(dāng)前集成電路中存在的尺寸效應(yīng)和量子力學(xué)效應(yīng)，功耗高、應(yīng)用場景受限等問題，也可以為大尺寸傳感器或者集成電路其他關(guān)鍵零部件材料提供新的思路。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。所述方法如無特別說明均為常規(guī)方法。所述原材料如無特別說明均能從公開商業(yè)途徑獲得。

實(shí)施例1、

實(shí)驗(yàn)步驟

1、以含硼元素和氮元素等化合物為原料，在襯底上進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，沉積完畢得到所述六方氮化硼等單晶，構(gòu)成所述基底層的材料為硅或者二氧化硅；

2、采用由塊狀氮化硼等材料切割、化學(xué)剝離、機(jī)械剝離等方法，制備出具有原子尺度的離子導(dǎo)體材料，得到第一形態(tài)離子導(dǎo)體集成電路；

3、在第一形態(tài)離子導(dǎo)體集成電路的基礎(chǔ)上，使用飛秒激光加工技術(shù)、非線性激光加工技術(shù)或化學(xué)刻蝕等方法對原子尺度的離子導(dǎo)體材料進(jìn)行人工刻蝕，用于構(gòu)建原子尺度的離子傳輸通道，得到第二形態(tài)離子導(dǎo)體集成電路；

4、在第二形態(tài)離子導(dǎo)體集成電路上置鈍化層和金屬層，得到第三形態(tài)離子導(dǎo)體集成電路，并對第三形態(tài)離子導(dǎo)體集成電路執(zhí)行預(yù)設(shè)的背面制造工藝，得到所述的離子導(dǎo)體集成電路。

結(jié)果分析：

以原子尺度材料作為離子傳導(dǎo)的載體，對其進(jìn)行人工刻蝕，構(gòu)建離子快速傳輸通道，從而制備出新型離子導(dǎo)體集成電路；本發(fā)明制造基于原子尺度的氮化硼等材料，不僅可集成度高，而且可以解決當(dāng)前集成電路中存在的尺寸效應(yīng)和量子力學(xué)效應(yīng)、功耗高、應(yīng)用場景受限等問題，獲得埃米量級尺寸的集成電路；生產(chǎn)氮化硼等材料的化學(xué)工藝已經(jīng)很成熟，這使得原子尺度離子導(dǎo)體集成電路的制造成本更低，更有望走向商業(yè)化；本發(fā)明制造的離子導(dǎo)體集成電路，可以為大尺寸傳感器或者集成電路其他關(guān)鍵零部件材料提供新的思路。