纳米线阵列制备方法、纳米线阵列集成器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米线阵列制备方法、纳米线阵列集成器件及其制备方法，本发明专利技术的纳米线阵列的制备方法，包括：在衬底上刻蚀出呈矩阵排列的方形凸台；在刻蚀后的衬底上表面及方形凸台上表面蒸镀掩膜层；在方形凸台上刻蚀出等间距的梯形槽；在梯形槽侧壁上生长异质结纳米线；在相邻的异质结纳米线的间隙中填充绝缘介质。该制备方法制备的纳米线阵列和纳米线阵列集成器件可批量生长，且具有方向性，有序性；并且生长的微纳材料具有可控性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体纳米器件
，特别是涉及一种纳米线阵列制备方法、纳米线阵列集成器件及其制备方法。
技术介绍
通常所说的纳米阵列是指纳米线、纳米棒及纳米管等一维纳米材料或纳米片、纳米带等二维纳米结构及纳米花、纳米树等三维纳米结构在一定的空间范围内有序排列形成的阵列。它们具有比无序的纳米材料更加突出的表面效应、量子效应等优异性能。通过控制阵列中的纳米结构单元的排列方式，可以组装成具有特定形貌和尺寸的纳米结构，从而实现对其光、电、磁等特性的改进。因此，制备高度有序的纳米阵列对于研究纳米超微型结构的性能和开发新型实用的光电器件具有重大意义。基于半导体纳米线的阵列器件，因其构造基元、制备、结构、功能的独特性，吸引了广泛的关注。场效应晶体管、光电探测器、太阳能电池、发光二极管、激光器等原型器件被陆续研制。纳米线基元的生长结合器件的制备，突破传统工艺的限制，拓展微纳器件的实现途径；新颖的器件结构及其包含特征的物理尺寸，如亚波长尺寸的纳米线直径，展现许多新效应和新功能。纳米线和半导体器件学两个领域的前沿交叉，具有重要的研究价值。氮化镓(GaN)基高电子迁移率晶体管(HEMT)具有大的禁带宽度、高电子饱和速度、异质结界面的高二维电子气浓度、高击穿电压以及高的热导率，这一系列特性使它在高频、高功率、高温等领域得到了广泛的认可。由于纳米线几乎不存在位错，大幅度减少了界面散射，有效提升了晶体表面平整度，提高了界面质量。因此纳米线阵列对于HEMT器件的性能研究及应用具有广泛前景。但目前高质量的纳米线阵列有序生长还不成熟，且操作难度大，具有不可控性，成功率低的特点，严重限制了纳米线器件优异的性能。现有的纳米线器件通过剥离转移到新衬底上，排列具有分布不均性，无序性，随机性，大大降低了成品率，从而影响了纳米线器件的测试及性能研究。况且纳米线阵列器件的设计工艺复杂，步骤繁琐，给器件制备带来困难。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种纳米线阵列制备方法、纳米线阵列集成器件及其制备方法，该制备方法制备的纳米线阵列和纳米线阵列集成器件可批量生长，且具有方向性，有序性；并且生长的微纳材料具有可控性。为实现上述目的，本专利技术提供了一种纳米线阵列的制备方法，包括如下步骤：在衬底上刻蚀出呈矩阵排列的方形凸台；在刻蚀后的衬底上表面及所述方形凸台上表面蒸镀掩膜层；在所述方形凸台上刻蚀出等间距的梯形槽；在所述梯形槽侧壁上生长异质结纳米线；在相邻的所述异质结纳米线的间隙中填充绝缘介质。可选的，所述在衬底上刻蚀呈矩阵排列的若干方形凸台，具体包括如下步骤：在所述衬底上旋涂光刻正胶；利用曝光在所述衬底上表面形成呈矩阵排列的方形图形；利用显影液显影所述方形图形；采用电感耦合等离子体干法刻蚀未被光刻正胶掩盖部分，刻蚀深度4～8um。可选的，所述在所述方形凸台上刻蚀出等间距的梯形槽，具体包括如下步骤：在所述方形凸台上旋涂光刻正胶；利用等间距条纹光刻板曝光，在所述方形凸台上表面形成等间距条纹图形；利用显影液显影所述等间距条纹图形；采用刻蚀溶液刻蚀未被光刻正胶覆盖的所述方形凸台上的掩膜层，刻蚀深度等于所述掩膜层的厚度；对刻蚀后的方形凸台去胶；根据设定的梯形槽刻蚀深度，采用刻蚀液湿法刻蚀去胶后的方形凸台，形成等间距的梯形槽。可选的，所述在所述梯形槽侧壁上生长异质结纳米线，具体包括如下步骤：在所述梯形槽侧壁向槽内延伸方向依次生长缓冲层、核层、插入层和壳层，形成异质结纳米线。本专利技术还提供了一种纳米线阵列集成器件的制备方法，包括如下步骤：按照上述的纳米线阵列的制备方法制备纳米线阵列；在所述方向凸台上的位于所述异质结纳米线的两端分别蒸镀垂直于所述异质结纳米线的源极和漏极；在所述源极与所述漏极中间蒸镀平行于所述源极与所述漏极的栅极。可选的，所述在所述方向凸台上的位于所述异质结纳米线的两端分别蒸镀垂直于所述异质结纳米线的源极和漏极，具体包括如下步骤：在所述方向凸台上的位于所述异质结纳米线的两端分别光刻出源极图形和漏极图形；采用电子束蒸镀方法在所述源极图形处蒸镀源极；采用电子束蒸镀方法在所述漏极图形处蒸镀漏极；剥离金属。可选的，所述在所述源极与所述漏极中间蒸镀平行于所述源极与所述漏极的栅极，具体包括如下步骤：在所述源极与所述漏极中间的所述方形凸台上光刻出栅极图形；采用电子束蒸镀方法在所述栅极图形处蒸镀栅极；剥离金属。本专利技术根据上述制备方法制备的一种纳米线阵列集成器件，包括：衬底，所述衬底为单晶硅；方形凸台，所述方形凸台设于所述衬底上，且呈矩阵排列；所述方形凸台上表面设有等间距的梯形槽，所述梯形槽的侧壁设有异质结纳米线，相邻所述异质结纳米线之间填充有绝缘介质；掩膜层，所述掩膜层为二氧化硅掩膜层，分别设于所述衬底上表面和所述方形凸台上表面；漏极和源极，所述漏极和所述源极分别设于所述每一所述方形凸台上的所述异质结纳米线的两端；所述漏极与所述源极之间设有栅极。可选的，所述异质结纳米线为三棱柱型，所述异质结纳米线包括缓冲层、核层、插入层和壳层，所述缓冲层与所述梯形槽侧壁贴合设置，所述缓冲层与所述壳层构成三棱柱空心壳体，所述核层为三棱柱并设于所述三棱柱空心壳体的空腔内且与所述缓冲层贴合，所述插入层设于所述核层与所述壳层之间。可选的，所述缓冲层为AlN层，所述核层为GaN层，所述插入层为AlN层，所述壳层为未掺杂AlGaN层；或所述壳层由未掺杂AlGaN层与掺Si的n-AlGaN层构成的壳层；或所述壳层由未掺杂AlGaN层与掺Si的n-AlGaN层构成的壳层，所述壳层上表面还设有未掺杂GaN帽层。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供的纳米线阵列的制备方法采用ICP(电感耦合等离子体刻蚀)技术预先在衬底上刻蚀出呈矩阵排列的方向凸台，该方形凸台作为纳米线阵列的生长凸台，使得纳米线阵列可批量生长，且具有方向性，有序性。本专利技术的制备方法中还在方形凸台上刻蚀等间距的梯形槽，本专利技术可通过梯形槽的深度、长度以及生长时间有效的控制纳米线阵列的宽度、长度、厚度，从而有效提高图形衬底上外延生长的微纳材料可控性。而且本专利技术利用绝缘介质材料隔离了纳米线与衬底，纳米线与纳米线，克服了短路，漏电难题，将纳米线的外延生长与器件制备有机结合在一起，大大简化制作工艺，提供成品率，更适用于实际应用及研究。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术提供的纳米线阵列的制备方法的总体流程图；图2为本专利技术提供的纳米线阵列的制备方法中在衬底上刻蚀出呈矩阵排列的方形凸台的流程图；图3为本专利技术提供的纳米线阵列的制备方法中在方形凸台上刻蚀出等间距的梯形槽的流程图；图4为本专利技术提供的纳米线阵列集成器件的制备方法的总体流程图；图5是本专利技术提供的纳米线阵列集成器件的结构示意图；图6是本专利技术提供的纳米线阵列集成器件的方形凸台的示意图；图7是本专利技术提供的纳米线阵列集成器件的梯形槽侧壁上异质结纳米线结构示意图；图8是本专利技术提供的纳米线阵列集成器件的单个生长凸台上纳米线绝缘隔离处理结构示意图；图9是本专利技术提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米线阵列的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在衬底上刻蚀出呈矩阵排列的方形凸台；在刻蚀后的衬底上表面及所述方形凸台上表面蒸镀掩膜层；在所述方形凸台上刻蚀出等间距的梯形槽；在所述梯形槽侧壁上生长异质结纳米线；在相邻的所述异质结纳米线的间隙中填充绝缘介质。

【技术特征摘要】
1.一种纳米线阵列的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在衬底上刻蚀出呈矩阵排列的方形凸台；在刻蚀后的衬底上表面及所述方形凸台上表面蒸镀掩膜层；在所述方形凸台上刻蚀出等间距的梯形槽；在所述梯形槽侧壁上生长异质结纳米线；在相邻的所述异质结纳米线的间隙中填充绝缘介质。2.根据权利要求1所述的纳米线阵列的制备方法，其特征在于，所述在衬底上刻蚀呈矩阵排列的若干方形凸台，具体包括如下步骤：在所述衬底上旋涂光刻正胶；利用曝光在所述衬底上表面形成呈矩阵排列的方形图形；利用显影液显影所述方形图形；采用电感耦合等离子体干法刻蚀未被光刻正胶掩盖部分，刻蚀深度4～8um。3.根据权利要求1所述的纳米线阵列的制备方法，其特征在于，所述在所述方形凸台上刻蚀出等间距的梯形槽，具体包括如下步骤：在所述方形凸台上旋涂光刻正胶；利用等间距条纹光刻板曝光，在所述方形凸台上表面形成等间距条纹图形；利用显影液显影所述等间距条纹图形；采用刻蚀溶液刻蚀未被光刻正胶覆盖的所述方形凸台上的掩膜层，刻蚀深度等于所述掩膜层的厚度；对刻蚀后的方形凸台去胶；根据设定的梯形槽刻蚀深度，采用刻蚀液湿法刻蚀去胶后的方形凸台，形成等间距的梯形槽。4.根据权利要求1所述的纳米线阵列的制备方法，其特征在于，所述在所述梯形槽侧壁上生长异质结纳米线，具体包括如下步骤：在所述梯形槽侧壁向槽内延伸方向依次生长缓冲层、核层、插入层和壳层，形成异质结纳米线。5.一种纳米线阵列集成器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：按照如权利要求1所述的纳米线阵列的制备方法制备纳米线阵列；在所述方向凸台上的位于所述异质结纳米线的两端分别蒸镀垂直于所述异质结纳米线的源极和漏极；在所述源极与所述漏极中间蒸镀平行于所述源极与所述漏极的栅极。6.根据权利要求5所述的纳米线阵列集成器件的制备方法，其特征在于，所述在所述方向凸台上的位于所述异质结纳米线的两端分别蒸镀垂直于所述异质结纳米线...

【专利技术属性】
技术研发人员：李述体，王汝鹏，宋伟东，郭德霄，陈航，李凯，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44