專利名稱：一種基于納米線有序排列的納米線器件制備方法
技術領域：
本發明涉及一種納米線器件的制備方法，可用于納米線微電子和光電子器件。
背景技術：
納米技術被認為是21世紀的三大科學技術之一。其中，半導體納米線由于其獨特的一維量子結構，被認為是未來微納器件的基本結構[Mater.Today, 9 (2006) 18-27]。近年來，半導體納米線的研究工作取得了很大進展，其應用領域包括集成電路[Nature，470(2011)240-244]、晶體管[Nano Letters，8 (2008)925-930]、激光器[Science,292 (2001) 1897-1899]、單光子器件[Nature Nanotechnology, 5 (2010) 195-199]、LED [NanoLetters，6 (2006) 1719-1722，]、以及太陽能電池[Nano Lett., 10(2010) 1082-1087]等。盡管半導體納米線具有很重要的應用前景，但是納米線器件的實用化和產業化還亟需解決一系列問題，其中的關鍵問題是如何對極其纖細(直徑細至幾個納米)的納米線進行操控、組裝和加工。制備納米線器件一般需要先將納米線轉移并平放到另一襯底上(通常是雜亂堆放)，然后用電子束光刻工藝逐一尋找合適的納米線進行光刻加工[Nano Letters,8(2008)925-930];這種針對單根納米線加工的工藝無法實現大規模批量制備，而且電子束光刻的速度很慢、價格昂貴。因此，簡化納米線器件工藝、降低制備難度，是納米線器件產業化所面臨的問題。為此，人們發明了各種有序排列和組裝納米線的方法，包括:利用分子間的氫鍵和范德瓦爾斯力排列納米線[Adv.Mater.13 (2001) 249]，利用靜電力排列納米線[Nano Lett.8 (2008) 1853]，利用剪切力排列納米線[Science 291 (2001) 630 ；Nano Lett.3(2003) 1229 ；Nano Lett.7 (2007) 773]，利用磁力排列納米線[Chem.Mater.17(2005) 1320]和利用介電泳排列納米線[J.Appl.Phys.101(2007)073704]。上述的排列方法，可以控制納米線陣列的排列方向，但是無法將納米線精確固定于特定位置。納米線器件的大規模制備，不僅需要控制納米線的排列方向，更需要控制納米線的排列位置。因此設計研發納米線的精確排列技術和大規模器件制備方法，是本發明的創研動機。

發明內容
本發明旨在解決納米線的精確排列問題，提出了“一種基于納米線有序排列的納米線器件制備方法”，該方法通過凹槽結構精確控制納米線的排列位置；并且可以在凹槽表面生長薄膜，以提高納米線器件的性能。該方法具有工藝簡單、適合規模化制備的特點。發明人對半導體納米線和半導體刻蝕工藝有著深入的研究[Nano Letters,10(2010)64 ；J.Vacuum Science and Technology B，23 (2005) 1650]，從而啟發了本發明的產生。本發明可以按以下方式實現:首先，在襯底表面刻蝕出細長的凹槽結構，凹槽的寬度d接近或大于納米線的直徑，凹槽的長度L接近或大于納米線的長度(圖1所示)；接著，將納米線置于襯底表面，通過靜電力、磁力、剪切力、介電泳或分子力排列納米線，使得納米線的排列方向與凹槽的方向一致，部分納米線通過運動會陷入凹槽內(圖2所示)；然后，將未陷入凹槽的納米線清洗除去，而陷入凹槽的納米線則會留在在凹槽內(圖3所示);最后，在凹槽位置制備納米線金屬電極，實現納米線器件(圖4所示)。本發明中凹槽結構的截面形狀，可以設計成錐形、梯形或弧形，用于固定納米線(圖5所示)。本發明中的凹槽結構，可以通過調節凹槽寬度d實現一個凹槽內容納單根或多根納米線(圖6所示)。本發明中的凹槽結構，可以在其表面形成絕緣層和導電層(圖7所示)，用于制備納米線器件的柵極、加熱電極或光學反射鏡。其中導電層材料優選Cr、T1、N1、Pt和Au，絕緣層材料優選Si02、SiNx、聚酰亞胺和苯并環丁烯(BCB)。本發明中的襯底和納米線材料選自有機和無機材料，其中襯底材料優選硅、玻璃、Al2O3'GaAs 和 InP，納米線材料優選 S1、In2O3' Sn02、GeS1、ZnO、GaAs、AlInGaAsP、InP, GaN,AlInGaN和 InGaSb。


附圖，其被結合入并成為本說明書的一部分，示范了本發明的實施例，并與前述的綜述和下面的詳細描述一起解釋本發明的原理。圖1在襯底表面制備的凹槽結構。圖2在襯底上定向排列納米線。圖3納米線被固定在凹槽位置。圖4在納米線上制備電極。圖5各種截面形狀的凹槽結構。圖6納米線在凹槽內的排列。圖7在凹槽表面生長各種薄層結構。
具體實施例方式為使得本發明的技術方案的內容更加清晰，以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的具體實施方式
。例I首先，在硅襯底表面氧化形成一層SiO2薄層，利用SiO2薄層作為掩膜，通過光刻、刻蝕工藝在硅襯底表面制備細長條的凹槽結構，如圖1所示；其次，在凹槽表面依次生長SiNx絕緣膜、Cr-Au金屬膜、以及聚酰亞胺絕緣膜，其中的金屬膜可用于加熱納米線器件，如圖7所示；然后，將含有GeSi納米線的溶液，滴在襯底表面，通過介電泳使納米線的排列方向與凹槽的方向一致，部分納米線能陷入凹槽中，如圖2所示；
接著清洗襯底，將凹槽外的納米線除去，只有凹槽內的納米線留下，如圖3所示；最后，通過光刻、鍍膜工藝在納米線上制備電極結構，如圖4所示。例2首先，在GaAs襯底表面刻蝕出細長條的凹槽結構，如圖1所示；其次，在凹槽表面依次生長SiNx絕緣膜、T1-Pt-Ni金屬膜、以及BCB絕緣膜，其中的金屬膜用于制備納米線晶體管的柵極，如圖7所示；然后，將含有ZnO納米線的溶液，滴在襯底表面，通過靜電力使納米線的排列方向與凹槽的方向一致，部分納米線能陷入凹槽中，如圖2所示；接著清洗襯底，除去凹槽外的納米線，只有凹槽內的納米線留下，如圖3所示；最后，通過光刻、鍍膜工藝在納米線上制備電極結構，如圖4所示。例3首先，在玻璃襯底表面刻蝕出細長條的凹槽，如圖1所示；然后，將含有AlInGaAsP納米線的溶液，滴在襯底表面，通過剪切力使納米線的排列方向與凹槽的方向一致，部分納米線能陷入凹槽中，如圖2所示；接著清洗襯底，將凹槽外的納米線除去，只有凹槽內的納米線留下，如圖3所示；最后，通過光刻、鍍膜工藝在納米線上制備電極結構，如圖4所示。例4首先,在娃襯底表面生長一層SiNx薄層,利用該薄層作為掩膜,通過光刻、刻蝕工藝在硅襯底表面制備細長條的凹槽結構，如圖1所示；其次，在凹槽表面依次生長Si%絕緣膜、Cr-Au金屬膜、以及聚酰亞胺絕緣膜，其中的金屬膜可作為納米線發光器件的光學反射鏡，如圖7所示；然后，將含有AlInGaN納米線的溶液，滴在襯底表面，通過磁力使得納米線的排列方向與凹槽的方向一致，部分納米線能陷入凹槽中，圖2所示；接著，清洗襯底，將凹槽外的納米線除去，只有凹槽內的納米線留下，如圖3所示；最后，通過光刻、鍍膜工藝在納米線上制備電極結構，如圖4所示。以上所述是本發明應用的技術原理和具體實例，依據本發明的構想所做的等效變換，只要其所運用的方案仍未超出說明書和附圖所涵蓋的精神時，均應在本發明的范圍內，特此說明。
權利要求
1.一種基于納米線有序排列的納米線器件制備方法，其特征是:在襯底表面制備細長條的凹槽結構，利用凹槽固定納米線，實現納米線排列位置的精確控制；并可以在凹槽表面生長薄膜，作為納米線器件的柵極、加熱電極或光學反射鏡。
2.權利要求1所述的利用凹槽固定納米線，是通過外力使得納米線的排列方向與凹槽的方向一致，此時納米線通過運動可以陷入凹槽內，從而被凹槽固定。
3.權利要求1所述的凹槽結構，可以通過刻蝕在襯底表面形成。
4.權利要求2所述的外力,可以是靜電力、磁力、剪切力、介電泳力或分子力。
5.權利要求1和3所述的凹槽結構，其截面形狀可以是錐形、梯形或弧形。
6.權利要求1、3和5所述的凹槽結構，可以通過調節凹槽寬度實現一個凹槽內容納單根或多根納米線。
7.權利要求1所述的薄膜，其材料優選自Cr、T1、N1、Pt、Au、Si02、SiNx、聚酰亞胺和苯并環丁烯。
8.權利要求1所述的襯底和納米線材料選自有機和無機材料，其中襯底材料優選自硅、玻璃、Al203、GaAs 和 InP，納米線材料優選自 S1、In203、Sn02、GeS1、Zn0、GaAs、AlInGaAsP、InP, GaN, AlInGaN 和 InGaSb。
全文摘要
本發明提供一種基于納米線有序排列的納米線器件制備方法。本發明的特征是在襯底表面通過刻蝕形成細長條的凹槽結構，利用凹槽固定納米線，實現納米線排列位置的精確控制；并且可以在凹槽表面生長薄膜，作為納米線器件的柵極、加熱電極或光學反射鏡。該方法具有工藝簡單、適合規模化制備的特點。
文檔編號H01L21/02GK103107065SQ20111037733
公開日2013年5月15日 申請日期2011年11月15日 優先權日2011年11月15日
發明者黃輝, 渠波, 曹暾 申請人:黃輝, 渠波, 曹暾