利用物理方法制备纳米肖特基结构的工艺的利记博彩app
【专利摘要】本发明公开了一种利用物理方法制备纳米肖特基结构的工艺，基于煮沸胶体微滴的技术制备分散均匀，尺寸一致的纳米肖特基结的新方法。发明选择合适的基底，通过煮沸胶体溶液来制备纳米肖特基结。在制备过程中，不但可以选择不同材料的胶体溶液，同种材料还可以选择不同浓度和不同尺寸的胶体溶液。本发明方法与现有技术的其他制备纳米肖特基结构的方法相比更能得到尺寸一致、分散均匀的纳米颗粒，而且操作简单易行。此方法可控性好，重复性高，因此可以制备丰富的纳米结构材料。
【专利说明】
利用物理方法制备纳米肖特基结构的工艺
技术领域
[0001]本发明涉及一种微型电子器件的制备方法，特别是涉及一种纳米结构电子器件的制备方法，应用于纳米半导体电子器件和光电子器件领域。
【背景技术】
[0002]集成电路的集成度越高表明制造工艺中的制造精度越高(即光刻工艺的最小线宽越小)，电路中的晶体管尺寸也就越小，因此需要对纳米器件的性能进行探索研究。任何半导体技术都离不开金属化系统。所谓金属化系统，包括各器件单元的互连线、金属一半导体接触(Schottky势皇接触和欧姆接触)和栅电极等。而且任何半导体器件都有一个共同的基本结构，即能源的输入和经器件运作后的功能输出，而担负这一输入/输出的枢纽正是金属一半导体接触。
[0003]经研究发现当器件的尺寸缩小到微纳米尺度时，由于量子尺寸效应和表界面效应，与宏观物理现象相比其许多微观物理现象，会有很大的差异，并且由于器件尺度的微型化，使原来各种影响因素的相对重要性也发生了变化，因此尺寸效应和界面效应在微观领域起着很非常重要的作用。
[0004]纳米肖特基结构主要有物理法和化学法两大类。
[0005]化学方法有单电槽和双电槽法，制备纳米肖特基结构时有如下缺点:
1.样品与基底的结合性不好；
2.由于实验仪器受到各种因素的影响，它不可能得到尺寸分布一致的纳米颗粒；
3.反应过程中诸多因素造成实验结果重复性不好，比如环境湿度、药品纯度和气体杂质等；
4.样品制备限制较多，只能制备金属纳米颗粒或纳米薄膜，不能氧化物，氮化物等化合物多层膜。
[0006]自组装的方法包括电子束蒸发，分子束外延，直流反应磁控溅射和射频磁控溅射等蒸发沉积薄膜，其中薄膜的厚度很小，通过热处理等，使薄膜结构发生一定的变化，出现纳米团簇或纳米岛状的结构，进而得到纳米尺寸的颗粒。但是，这些纳米团簇或者纳米岛的尺寸是随着处理条件的变化而变化的，有时即使处理条件一样，得到的纳米团簇尺寸分布也并不均匀，而且有时候还会出现团聚的现象，不能得到分离性非常好的纳米颗粒。自组装的方法制备过程通常需要花费几个小时或者几天的时间，旋涂方法制备的纳米肖特基结的时间也较长，效率低，不能满足纳米肖特基结构的产业化制备需要。
【发明内容】
[0007]为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种利用物理方法制备纳米肖特基结构的工艺，根据不同的需求来选择不同溶液、不同尺寸、不同浓度以及调节煮沸温度来控制分散的情况，继而制作出不同的纳米肖特基结从而探究他们的各种特性，工艺操作简单，可控性强且重复性好。
[0008]为达到上述发明创造目的，采用下述技术方案:
一种利用物理方法制备纳米肖特基结构的工艺，包括如下步骤:
a.基底的选择与预处理:根据制备微型器件的纳米肖特基结构的要求，选择基底，然后对基底进行清洗，得到干燥洁净的基片，备用;所述基底优选选用半导体基片、金属片或聚合物片；
b.金属胶体溶液的制备:选择纳米金属颗粒的浓度为5.0 X 113?2.0 X 111particles/ml且纳米金属颗粒的粒度为3?30 nm的纳米金属颗粒胶体溶液，采用稀释剂，按照纳米金属颗粒胶体溶液和稀释剂的体积混合比例为1: (3?10)的比例，对纳米金属颗粒胶体溶液进行稀释，得到纳米金属颗粒胶体稀释溶液;对基片进行预处理时，优选采用氢氟酸溶液对基片进行清洗处理;优选采用的纳米金属颗粒胶体溶液的金属颗粒胶体为胶体金、胶体银、胶体铂和胶体铜中任意一种金属胶体或任意几种的混合金属胶体;优选采用的稀释剂为水、无水乙醇或酒精；
c.制备纳米肖特基结构:在基片上沉积厚度为3?30nm的纳米金属功能层，采用直接煮沸沉积的方法，移出在所述步骤b中制备的纳米金属颗粒胶体稀释溶液，然后将纳米金属颗粒胶体稀释溶液滴加到经所述步骤a预处理的基片上形成纳米金属颗粒溶液的液膜，对基片上的液膜进行加热，使液膜被煮沸，最终在基片上沉积纳米金属功能层;或者采用间接煮沸沉积的方法，在经所述步骤a预处理的基片旁边放置一个金属片，移出在所述步骤b中制备的纳米金属颗粒胶体稀释溶液，然后将纳米金属颗粒胶体稀释溶液滴加到金属片上，然后通过加热金属片，使得金属片上的纳米金属颗粒胶体稀释溶液煮沸后溅射到旁边的基片上，进而将纳米金属胶体颗粒沉积在基底上，最终在基片上沉积纳米金属功能层;优选采用微滴喷射方法，喷墨打印方法或移液枪移液方法，向基底上转移纳米金属颗粒胶体稀释溶液，在基底上制备液膜；
d.后处理:将在所述步骤c中制备的纳米金属功能层进行热处理，使基片和纳米金属功能层结合形成纳米肖特基结构。
[0009]本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点:
1.本发明使用煮沸沉积的方法可以解决现有技术存在的问题，在煮沸沉积中，即使是在空气中放置的基底也可以直接用，它只需要一些基本的清洗过程，现有技术的自组装的方法制备过程通常需要花费几个小时或者几天的时间，而本发明煮沸沉积仅仅需要几分钟的时间即可，另外，利用固定尺寸的胶体颗粒，可以得到同一种尺寸的均匀分布的纳米颗粒，在滴加胶体溶液到基底过程中给基底加热，可以使得颗粒扩散的更均匀，工艺的可重复性好，对于热导率比较低的基底，可以采用间接煮沸的方法，在基底旁边放置一个钢片，通过加热钢片，使得钢片上的胶体溶液溅射到旁边的基底上，进而将纳米尺寸的胶体颗粒沉积在基底上；
2.本发明方法简单易行，操作对基底无特殊要求，实验重复性好，颗粒的分散可控，将本发明方法应用到纳米器件的制备以及研究等都是对纳米器件发展有很重要的作用，此外本发明方法制备的纳米肖特基接触克服了其他几类自组装和旋涂方法制备的纳米肖特基结的时间长的缺点，从而对纳米热电材料的发展有很大的帮助；
3.本发明方法所制备的纳米颗粒尺寸分布均匀，分散性好，纯度高，实验重复性好，纳米颗粒的大小和分散情况可控，相对于其他方法制作纳米肖特基接触有着速度快，制备简单易行等优点。
【附图说明】
[0010]图1为本发明实施例一利用物理方法制备纳米肖特基结构的工艺的原理图。
[0011]图2为本发明实施例一在滴加胶体金溶液之前的Ge片表面的原子力显微镜的图片。
[0012]图3为本发明实施例一在沉积胶体金纳米颗粒后的Ge片表面的原子力显微镜的图片。
[0013]图4为本发明实施例一制备的纳米肖特基结构的纳米金颗粒层的电流一电压曲线。
[0014]图5为本发明实施例二在沉积胶体金纳米颗粒后的Ge片表面的原子力显微镜的图片。
【具体实施方式】
[0015]本发明的优选实施例详述如下:
实施例一:
在本实施例中，参见图1?4，一种利用物理方法制备纳米肖特基结构的工艺，包括如下步骤:
a.基底的选择与预处理:根据制备微型器件的纳米肖特基结构的要求，选择基片类型为Ge〈lll>基片，锗片的电阻率为10 Ω.cm，首先用氟化氢:氟化钱的摩尔比为1:5的BOE溶液浸泡Ge〈lll>基片5分钟，再分别用丙酮和乙醇溶液超声清洗10分钟，然后使用丙酮、无水乙醇、去离子水相继清洗锗片，再采用高纯氮气吹干锗片，最后放在干燥箱中在80°C下烘干15 min，得到干燥洁净的基片，备用；
b.金属胶体溶液的制备:选择纳米金颗粒的浓度为7.0X 112 particles/ml且纳米金颗粒的粒度为20nm的胶体纳米金溶液，然后根据需求进行调控胶体纳米金溶液的稀释程度，即采用无水乙醇稀释剂，按照胶体纳米金溶液和无水乙醇的体积混合比例为1:5的比例，对纳米金胶体溶液进行稀释，得到纳米金胶体稀释溶液；
c.制备纳米肖特基结构:采用直接煮沸沉积的方法，采用移液枪移出在所述步骤b中制备的纳米金胶体稀释溶液的液滴体积调节至10yL，然后将纳米金胶体稀释溶液滴加到经所述步骤a预处理的Ge片上形成纳米金溶液的液膜，将Ge片基底在加热台上加热到120°C，从而对基片上的液膜进行加热，使液膜被煮沸，最终在Ge片上沉积厚度为20nm纳米金功能层；
d.后处理:将在所述步骤c中制备的纳米金功能层进行后续退火热处理，使Ge片和纳米金功能层结合形成纳米肖特基结构。本实施例在制备纳米肖特基结中，在退火炉中退火，可以对制备得到的纳米颗粒进行处理而形成晶体材料。
[0016]在本实施例中，参见图1?4，对比图2和图3，通过用原子力显微镜的图片可以看至IJ，不滴加任何胶体金溶液的Ge片表面和滴加胶体金溶液的Ge片表面完全不同，在图2中只能看到Ge片表面有一些划痕，而在图3中则可以看到Ge片表面有很多分散性很好的纳米颗粒。这些纳米颗粒出现团簇情况的很少，因此尺寸相对来说很均匀。图4为测得的纳米颗粒的电流一电压曲线，可以看到此肖特基有很好的整流特性。本实施例利用煮沸胶体滴的方法制备纳米结构半导体电子器件一一纳米肖特基传感器，如图1所示，本实施例方法克服现有的制备纳米肖特基结方法难以控制的不足，采用一种操作简单、整流特性好、材料附着性好且分散均匀的制备方法。本实施例方法的主要特点是煮沸胶体溶液，通过对胶体溶液浓度，尺寸的控制来控制纳米肖特基结的尺寸和电学性质。本实施例在完成后形成的纳米肖特基结能够能在一定的温差下产生电压，或者在一定的电压下形成电流，可以制作成传感器器件。具体表现为基于煮沸胶体微滴的技术制备分散均匀，尺寸一致的纳米肖特基结的新方法。本实施例选择合适的基底，通过煮沸胶体溶液来制备纳米肖特基结。在制备过程中，不但可以选择不同材料的胶体溶液，同种材料还可以选择不同浓度和不同尺寸的胶体溶液。本实施例方法与其他制备纳米肖特基结构的方法相比更能得到尺寸一致、分散均匀的纳米颗粒，而且操作简单易行。此方法可控性好，重复性高，因此可以制备丰富的纳米结构材料。
[0017]实施例二:
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于:
在本实施例中，一种利用物理方法制备纳米肖特基结构的工艺，包括如下步骤:
a.本步骤与实施例一相同；
b.金属胶体溶液的制备:选择纳米金颗粒的浓度为7.0X 112 particles/ml且纳米金颗粒的粒度为20nm的胶体纳米金溶液，然后根据需求进行调控胶体纳米金溶液的稀释程度，即采用无水乙醇稀释剂，按照胶体纳米金溶液和无水乙醇的体积混合比例为1:8的比例，对纳米金胶体溶液进行稀释，得到纳米金胶体稀释溶液；
c.本步骤与实施例一相同；
d.本步骤与实施例一相同。
[0018]在本实施例中，参见图5，测试结果如图4，可以看到Ge片表面同样有很多分散性很好的纳米颗粒，这些纳米颗粒的浓度相对于例一稀疏很多，因此通过调节稀释浓度可以改变纳米颗粒的分散性。
[0019]实施例三:
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于:
在本实施例中，一种利用物理方法制备纳米肖特基结构的工艺，包括如下步骤:
a.本步骤与实施例一相同；
b.本步骤与实施例一相同；
c.制备纳米肖特基结构:采用间接煮沸沉积的方法，在经所述步骤a预处理的Ge片旁边放置一个钢片，采用移液枪移出在所述步骤b中制备的纳米金胶体稀释溶液的液滴体积调节至10此，然后将纳米金胶体稀释溶液滴加到钢片上，然后通过加热钢片，将钢片加热到120°C，使得钢片上的纳米金胶体稀释溶液煮沸后溅射到旁边的Ge片上，进而将纳米金胶体颗粒沉积在Ge片基底上，最终在Ge片基片上沉积厚度为15nm的纳米金功能层；
d.本步骤与实施例一相同。
[0020]本实施例基于间接煮沸胶体微滴的方法能制备分散均匀，尺寸一致的纳米肖特基结。
[0021]上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明利用物理方法制备纳米肖特基结构的工艺的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种利用物理方法制备纳米肖特基结构的工艺，其特征在于，包括如下步骤: a.基底的选择与预处理:根据制备微型器件的纳米肖特基结构的要求，选择基底，然后对基底进行清洗，得到干燥洁净的基片，备用； b.金属胶体溶液的制备:选择纳米金属颗粒的浓度为5.0 X 113?2.0 X 111particles/ml且纳米金属颗粒的粒度为3?30 nm的纳米金属颗粒胶体溶液，采用稀释剂，按照纳米金属颗粒胶体溶液和稀释剂的体积混合比例为1: (3?10)的比例，对纳米金属颗粒胶体溶液进行稀释，得到纳米金属颗粒胶体稀释溶液； c.制备纳米肖特基结构:在基片上沉积厚度为3?30nm的纳米金属功能层，采用直接煮沸沉积的方法，移出在所述步骤b中制备的纳米金属颗粒胶体稀释溶液，然后将纳米金属颗粒胶体稀释溶液滴加到经所述步骤a预处理的基片上形成纳米金属颗粒溶液的液膜，对基片上的液膜进行加热，使液膜被煮沸，最终在基片上沉积纳米金属功能层;或者采用间接煮沸沉积的方法，在经所述步骤a预处理的基片旁边放置一个金属片，移出在所述步骤b中制备的纳米金属颗粒胶体稀释溶液，然后将纳米金属颗粒胶体稀释溶液滴加到金属片上，然后通过加热金属片，使得金属片上的纳米金属颗粒胶体稀释溶液煮沸后溅射到旁边的基片上，进而将纳米金属胶体颗粒沉积在基底上，最终在基片上沉积纳米金属功能层； d.后处理:将在所述步骤c中制备的纳米金属功能层进行热处理，使基片和纳米金属功能层结合形成纳米肖特基结构。2.根据权利要求1所述利用物理方法制备纳米肖特基结构的工艺，其特征在于:在所述步骤a中，所述基底选用半导体基片、金属片或聚合物片。3.根据权利要求1所述利用物理方法制备纳米肖特基结构的工艺，其特征在于:在所述步骤a中，对基片进行预处理时，采用氢氟酸溶液对基片进行清洗处理。4.根据权利要求1所述利用物理方法制备纳米肖特基结构的工艺，其特征在于:在所述步骤b中，采用的纳米金属颗粒胶体溶液的金属颗粒胶体为胶体金、胶体银、胶体铂和胶体铜中任意一种金属胶体或任意几种的混合金属胶体。5.根据权利要求1所述利用物理方法制备纳米肖特基结构的工艺，其特征在于:在所述步骤c中，采用微滴喷射方法，喷墨打印方法或移液枪移液方法，向基底上转移纳米金属颗粒胶体稀释溶液，在基底上制备液膜。6.根据权利要求1所述利用物理方法制备纳米肖特基结构的工艺，其特征在于:在所述步骤a?(!中，控制加热基底的温度、加热时间、加热功率、纳米金属颗粒胶体稀释溶液浓度、纳米金属颗粒胶体溶液的稀释剂种类、纳米金属颗粒胶体溶液中的纳米材料的颗粒尺寸和热处理方法中的任意一种条件或任意几种条件，制备纳米肖特基结。7.根据权利要求1所述利用物理方法制备纳米肖特基结构的工艺，其特征在于:在所述步骤b中，采用的稀释剂为水、无水乙醇或酒精。
【文档编号】H01L21/329GK105845567SQ201610210210
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月7日
【发明人】郭二娟, 龙啸, 石晓波, 曾志刚
【申请人】上海大学