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一种硅悬臂梁结构及其制备方法技术

技术编号:11900177 阅读:70 留言:0更新日期:2015-08-19 11:57
本发明专利技术公开了一种硅悬臂梁结构,包括带悬臂梁的硅片基底,在所述悬臂梁上刻蚀有凹槽,所述凹槽两个侧壁上分别设有多个圆孔结构,且两个侧壁上的圆孔结构呈一一对称设置,每个所述圆孔结构上淀积有锡纳米催化剂层,且每对呈一一对称设置的圆孔结构之间通过硅锗异质结纳米线连接,所述硅锗异质结纳米线呈列阵结构排布。本发明专利技术还公开了上述硅悬臂梁结构的制备方法,本发明专利技术硅悬臂梁结构采用列阵式硅锗异质结纳米线作为敏感源,由于硅锗异质结纳米线具有灵敏的压阻特性,因此本发明专利技术硅悬臂梁结构具有高灵敏度和精确度;本发明专利技术制备方法的掩膜版为铬版,铬版能使光刻图形分辨率更高,从而使本发明专利技术结构更加精细。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】
本专利技术涉及一种以列阵式硅锗异质结纳米线为敏感源的硅悬臂梁结构,还涉及上述悬臂梁结构的制备方法,属于微纳机电领域。
技术介绍
随着工艺技术的不断革新,微纳机电系统技术作为一个前景无限的交叉学科,已经实现了基本的起步,甚至已有一些方面实现了应用,而且未来的发展也势必是大势所趋。而如今随着对小尺寸发展趋势的要求,纳米技术也越来越多的应用到了微纳机电系统中来,纳米工艺也在不断提高的要求下取得了长足的进步。而纳机电系统这个大领域内,新型纳米结构,工艺制备方法等小方向已经引起了诸多科研工作者的注意。尤其是纳米线在传感方向的潜在应用。目前的技术背景下,由于硅工艺的成熟发展,人们多利用硅纳米线的压阻效应来开发一些新型的压力传感结构。但是随着技术的革新,除了单一的硅纳米线、锗纳米线以外,硅锗异质结纳米线同样吸引大批科研工作者进行研宄,并且发现,硅锗异质结纳米线相对于单一的硅纳米线或者锗纳米线具有更灵敏的压阻特性。这就为纳米尺寸下的压力传感器的制作提供的更多可能性,对于目前大尺寸传感器灵敏度和精确度的提高有很大的帮助。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种以列阵式硅锗异质结纳米线为敏感源的硅悬臂梁结构,本专利技术硅悬臂梁结构采用列阵式硅锗异质结纳米线作为敏感源,使本专利技术硅悬臂梁结构具有更高的灵敏度和精确度。本专利技术还要解决的技术问题是提供上述以列阵式硅锗异质结纳米线为敏感源硅悬臂梁结构的制备方法。
技术实现思路
:为解决上述技术问题,本专利技术所采用的技术手段为: 一种硅悬臂梁结构,包括带悬臂梁的硅片基底,在所述悬臂梁上刻蚀有凹槽,所述凹槽两个侧壁上分别设有多个圆孔结构,且两个侧壁上的圆孔结构呈一一对称设置,每个所述圆孔结构上淀积有锡纳米催化剂层,每对呈一一对称设置的圆孔结构之间通过硅锗异质结纳米线连接,所述娃锗异质结纳米线呈列阵结构排布。其中,所述娃锗异质结纳米线的半径为20~80纳米,所述娃锗异质结纳米线阵列的密度为30~80每平方微米。其中,所述锡纳米催化剂层的半径为5~10纳米,所述锡纳米催化剂层的密度为500-1200每平方微米。上述硅悬臂梁结构的制备方法,包括如下步骤: 步骤1,预处理步骤,对单晶硅片表面进行热氧化处理,得到表面覆盖有二氧化硅层的单晶硅片; 步骤2,利用所需图形的铬版作掩膜版,在步骤I单晶硅片的下表面光刻出一个矩形窗口,以二氧化硅为掩膜,将单晶硅片在KOH腐蚀液中腐蚀,得到窗口的深度为225um ;步骤3,利用所需图形的铬版作掩膜版,在步骤2单晶硅片的上表面涂胶,将单晶硅片的上、下表面均对准光刻掩膜版,利用SUSS光刻机在单晶硅片的上表面蚀刻出开口结构;步骤4,利用所需图形的铬版作掩膜版,在步骤3单晶硅片的上表面甩胶套刻出凹槽结构,利用光刻胶作为掩膜层,采用干法刻蚀硅法使步骤3的开口结构深度达到10um,刻蚀硅完成后去除光刻胶和单晶硅片下表面的导热油并用去离子水清洗干净; 步骤5,将步骤4的单晶硅片置于温度78°C、质量百分比为40%的KOH溶液中进行腐蚀,直至光刻胶掩膜脱落,凹槽结构被向下刻蚀lOum,形成悬臂梁所需的凹槽结构; 步骤6,将步骤5的单晶硅片正面涂胶烘干形成保护层,在氢氟酸缓冲液中去除悬臂梁背面的氧化层,去除正面的光刻胶然后从背面利用ICP干法释放悬臂梁; 步骤7,用光刻定位法先去除步骤5凹槽侧壁上的氧化层,再在侧壁上刻出圆孔结构; 步骤8,利用电沉积法在步骤7圆孔结构上沉积出锡纳米催化剂层; 步骤9,将步骤8的单晶硅片置于450-470°C温度下,先向容器中注入苯硅烷液体,热分解产生硅烷气体,将硅烷气体作为前导气体,利用前导气体在锡纳米催化剂层表面生长出硅纳米片段;接着将温度降至420-440°C,停止硅纳米片段的生长,向容器中注入三苯基锗烷液体,热分解产生锗烷气体,将锗烷气体作为前导气体,在硅纳米片段上生长锗纳米片段;如此反复形成突变界面的硅锗异质结纳米线,直至该硅锗异质结纳米线连接到相对侧壁上的圆孔结构。其中,步骤I中,所述二氧化硅层的厚度为1.2um。其中,步骤8中,具体的操作方法为:将步骤7的单晶硅片浸没在由混合溶液和表面活性剂组成的微乳液中,对微乳液超声处理20-40分钟,即可在圆孔结构上沉积出半径为5-10纳米、密度为500-1200每平方微米的锡纳米催化剂层;其中,所述混合溶液与表面活性剂的体积比为1:6~15,所述混合溶液由浓度为0.01-0.05 mo I/L的锡盐溶液和浓度为0.2-0.4 mol/L的氢氟酸溶液组成,表面活性剂为顺丁烯二酸二异辛酯磺酸盐和正庚烷溶液组成,所述表面活性剂的浓度为0.2-0.4mol/L?有益效果:相比于现有技术中硅悬臂梁结构采用单一硅纳米线或单一锗纳米线作为敏感源,本专利技术硅悬臂梁结构采用硅锗异质结纳米线作为敏感源,硅锗异质结纳米线比单一的硅纳米线或单一的锗纳米线具有更灵敏的压阻特性,另外,本专利技术硅悬臂梁结构中的硅锗异质结纳米线采用阵列方式排布,能够有效解决采用单根纳米线导致硅悬臂梁结构出现灵敏度和精确度不佳的问题,本专利技术硅悬臂梁结构具有高灵敏度和精确度;本专利技术制备方法中采用铬版作为掩膜版,铬版能够使光刻图形的分辨率更高,从而使本专利技术硅悬臂梁结构更加精细,本专利技术制备方法工艺简单、成本低,适用于工业化生产。【附图说明】图1为本专利技术硅悬臂梁结构的结构示意图; 图2为在圆孔结构上沉积出锡纳米催化剂层; 图3为在锡纳米催化剂层表面生长出硅纳米片段; 图4为在硅纳米片段上生长锗纳米片段; 图5为在锗纳米片段上生长硅纳米片段; 图6为本专利技术制备方法中步骤2得到的产品横截面图; 图7为本专利技术制备方法中步骤3得到的产品横截面图; 图8为本专利技术制备方法中步骤4得到的产品横截面图; 图9为本专利技术制备方法中步骤5得到的产品横截面图; 图10为本专利技术制备方法中步骤6得到的产品横截面图; 图11为本专利技术制备方法中步骤7得到的产品横截面图; 图12为本专利技术制备方法中步骤8得到的产品横截面图; 图13为本专利技术制备方法中步骤9得到的产品横截面图。其中,娃片基底I ;圆孔结构2 ;凹槽3 ;娃锗异质结纳米线4 ;悬臂梁5 ;娃纳米片段6 ;锗纳米片段7 ;锡纳米催化剂层8 ;二氧化娃层9 ;娃杯窗口 10 ;开口结构11 ;氧化层12 ;光刻胶层13。【具体实施方式】下面结合具体实施例进一步阐明本专利技术,应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围,在阅读了本专利技术之后,本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。如图1所示,本专利技术的以硅锗异质结纳米线为敏感源的硅悬臂梁结构,包括带悬臂梁5的硅片基底1,在悬臂梁上4刻蚀有凹槽3,凹槽3两个侧壁上分别设有多个圆孔结构2,且两个侧壁上的圆孔结构2呈一一对称设置,每个圆孔结构2上淀积有锡纳米催化剂层8,每对呈一一对称设置的圆孔结构2之间通过硅锗异质结纳米线4连接,硅锗异质结纳米线4呈列阵结构排布;娃锗异质结纳米线4的半径为20~80纳米,娃锗异质结纳米线4阵列的密度为30~80每平方微米。图2~5为本专利技术硅悬臂梁结构中硅锗异质结纳米线的生长流程图。图6~13为本专利技术硅悬臂梁结构制备方法的流程图,本专利技术硅悬本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅悬臂梁结构,其特征在于:包括带悬臂梁的硅片基底,在所述悬臂梁上刻蚀有凹槽,所述凹槽两个侧壁上分别设有多个圆孔结构,且两个侧壁上的圆孔结构呈一一对称设置,每个所述圆孔结构上淀积有锡纳米催化剂层,每对呈一一对称设置的圆孔结构之间通过硅锗异质结纳米线连接,所述硅锗异质结纳米线呈列阵结构排布。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:雷双瑛韩瑞峰
申请(专利权)人:东南大学
类型:发明
国别省市:江苏;32

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