本发明专利技术提供了一种在金属基底上生长纳米结构的方法及其制造方法。根据本方法生长的纳米结构适合于制造如电子束直写机之类的电子器件或者场致发射显示器。
【技术实现步骤摘要】
【专利说明】纳米结构在基底上的可控生长从及基于此的电子发射器件 本申请是申请日为2006年4月25日，申请号为200680013909.4的专利申请"纳米结 构在基底上的可控生长W及基于此的电子发射器件"的分案申请。
本专利技术设及纳米结构及其生长方法，尤其是对纳米结构(例如碳纳米纤维)生长的 控制方法，使用此方法可W制造基于电子发射的器件，比如电子束直写机W及场致发射显 示器。
技术介绍
对于微型化的不懈追求使得传统的CMOS(互补金属氧化物半导体)器件面临由量 子现象决定其特性的限制;在此情况下，难W达到理想的控制。上述问题引发了寻找替代的 新材料W制造与现有CMOS器件性能相同甚至更好，而且更便于控制的器件的需求。 迄今为止，CMOS器件的微型化由通常称为摩尔定律的趋势决定。在摩尔定律中每 30个月电子元件就可W缩小一半的尺寸。国际半导体技术蓝图（ITRS)已根据上述模型建立 起计划增长曲线。伴随该进步率而来的对速度、高集成度、高性能W及低生产成本的要求是 很严苛的。所W与用来制造器件的传统材料的物理、电学特性相关的一些问题逐步突显。因 此有必要寻找替代的解决方案，W解决将在近期阻碍娃科技发展的上述问题。运意味着发 明新的材料及生产解决方案对于维持上述计划增长率非常重要。 然而新材料的选择由许多因素限制，比如和现有生产方式的相容性、大规模生产 的再现性和成本。现有科技材料面临的一些问题如下： 泄漏电流所导致的高能耗：目前，通过栅氧化层(非常薄）的高泄漏电流导致器件 性能退化。运又增加了断开状态时的泄漏电流，而且还增加了能耗，进而缩短了电池组寿 命。 铜制互连/互联线的不良性能：由于其低电阻率，一般采用铜来制作用于互相连接 不同元件的互连线和与外界连接的器件和电路。由于元件尺寸惊人的减小，基于铜材料的 互连线正在载流能力和电线寿命方面表现出不良性能。运进而缩短了处理器的寿命。目前 还没有解决方案可W使互连线有效地连接电路中的设备与电路外界，W及时满足在接下来 的几年中对电流密度的项目需求。[000引对高纵横比结构的需求：目前DRAM(动态随机存取存储器)叠层电容器中用于互联 的接触孔的纵横比已经达到12:1，而预计到2016年将增长到23:1。制造如此高纵横比的接 触孔将会引起一定的技术难题，最大的问题在于对运样高纵横比的零件进行无气泡/无孔 桐金属填充(亦即通孔)是非常困难的。高的热耗散:现代微处理器不定量地产生热量。热耗散随着计算机处理器中的电 晶体数目和时钟频率的提高而不断提高。尤其是，比如当前和将来器件要求尺寸的铜制互 连线产生大量热量导致其电阻率升高，因此导致载流能力下降。然而还没有实际解决办法 可W在最终不超过处理机功率预算的条件下将运类系统冷却。 简而言之，由于W上运些原因，有必要寻找替代材料和处理工艺。 碳纳米结构包括碳纳米管(CNTs)和纳米纤维，被认为是一些在纳米电子技术、纳 米机电系统(NEMS )、传感器、接触电极、纳米光子技术和纳米生物技术的未来发展中最有潜 力的材料。运主要是因为它们是一维的性质及其独特的电学、光学、力学性质。与球壳状碳 分子(fullerene)(比如Cs日或者C70)利用附加一些特殊官能度而增强一些特性相反，CNTs是 通过设计和制造不同直径、间距及长度的细管来获得几乎无限的变化。此外，当球壳状碳分 子为制造多种具有不同特殊性能的离散分子提供了可能性，碳纳米管则为制造出拥有优良 导电、导热性能及强度的分子量级的元件提供了可能。见R.Waser编写，Wiley-VCH出版社 2003年出版的化noelectronics and Information Technology(《纳米电子技术和信息技 术》)一书第十九章中例子。 碳纳米管和碳纳米纤维被用于有源器件及互连技术上，主要是因为它们的电学和 热学特性W及它们的强度。比如，碳纳米管快速的电子迁移率(79000cm 2/Vs)超过了MOSFET 器件(见例如Durkop，T等，化no Letters，4(1 )，35，（ 2004))的技术发展水平。此外，和铜制 互连线(载流能力~1 〇6A/cm2)相比，碳纳米管的极高的载流能力（10"A/cm2)(见Wei，B. Q等， Appl.Phys丄ett.，79(8)，1172,(2001))意味着碳纳米管可能提供了ITRS计划中严重互连 问题的解决方案。 纳米管/纳米纤维的各向异性的热导性能（6000W/Km)(见化enlien，W等，I趾E Trans. Compon.and Packaging Tech，27(4)，629，（2004))也非常有可能解决热耗散问题。 最后，每个纳米管的高的E系数(表示材料的强度）（高达lira)使得它们成为了复 合材料和纳米机电器件的良好选择。 大体而言，制造和现有互补金属氧化物半导体(CMOS)制造工艺相容的电子器件是 很有必要的。在工业过程中开发CNTs的一个前提条件是必须要能够W高的再现率控制大规 模工业生产。由于其高纯度和高产量，化学气相沉积法(CVD)是一个非常通用和便利的生长 方法，可W在确切位置生长纳米管且控制其长度、直径、形状和晶向。 因此对于许多电子、纳米机电系统和互连应用来说，将碳纳米结构集成到现有的 基于CMOS的电子工业生产程序中的可能性被认为是一个开拓性的技术突破。不过，在上述 集成发生前，还有许多制造与CMOS相容的器件的过程中固有的工程和材料上的问题待解 决。运些问题的解决方案被期待已久了。 例如，有一些设及纳米结构生长的问题。尽管已经有许多用来生产基于碳的纳米 结构的工艺被发展和实践展示，所有的运些工艺都有和大规模生产W及集成到现有工业生 产程序中有关的缺点。明显的缺点是：（a)控制具有半导体或金属性质的可预计的形态，（b) 独立结构生长的精确定位，和(C)所生长的纳米结构和基底之间界面的可预计电学性质。目 前没有一个解决方案可W解决所有的前述问题。最广为人知的合成碳纳米结构的方法包括 电弧放电（见11^'1111日，5.，化1:此6,354,56，（1991);和打日13。1111161'，胖.；1^日11113，]^.0.; Fostiropoulos，K. ;Huffman，D.R.，化村'6,347,354，（1990))、激光汽化（见吐〇1〇记.胖.； 胎日地，13.;0'化1611，5.。(：脚1，1?.尸.；5111日1167，1?.6.化化'6,318，162，（1985))、催化剂（触 媒）化学气相沉积法（(：〇0)，也被称为(：￥0)(见〔日33611，4.1.;1?日7111日1?5'3^.4.;11叫，1(.; Hong j ie，D.，J PhyS . Chem. B，103，（ 31)，（ 1999))、电浆辅助催化剂式化学气相沉积法((：-PECVD)(Cassell,A.M.；Qi,Y.；Cruden,B.A.；Jun,L.；Sarrazin,P.C；Hou Tee，N.;Jie，H.; Meyyappan，M.,Nanotechnolo邑y，15(1)，9,（2004);和Meyyappan，M.;Delzeit，L.;Casse本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电子束直写机，包括：支撑部分；所述支撑部分上的绝缘层；所述绝缘层上的第三层材料，形成腔；所述绝缘层上的金属电极，位于所述腔中；在金属电极上建立的纳米结构；以及在所述第三层材料上沉积的电极层。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：穆罕默德·沙菲奎尔·卡比尔，
申请(专利权)人：斯莫特克有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。