在基底上形成纳米结构和场效应晶体管器件的方法技术

本发明专利技术提供了一种在基底上形成纳米结构阵列和场效应晶体管器件的方法。形成纳米结构阵列的方法包括：提供包含纳米结构模板的模板溶液；通过使模板溶液与基底接触，将至少一个纳米结构模板沉积到基底上；以及在基底上形成至少一个固定结构，每个固定结构与至少一个纳米结构模板的全部或部分相交，以将至少一个纳米结构模板的全部或部分固定在基底上。米结构模板的全部或部分固定在基底上。米结构模板的全部或部分固定在基底上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在基底上形成纳米结构和场效应晶体管器件的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2020年3月31日提交的PCT申请PCT/CN2020/082375、2020年3月31日提交的PCT申请PCT/CN2020/082377、2020年4月1日提交的PCT申请PCT/CN2020/082778和2020年4月1日提交的PCT申请PCT/CN2020/082777的优先权，其全部内容通过引用合并于此。


[0003]本申请总体上涉及纳米制造技术，更具体地，涉及在基底上形成纳米结构和场效应晶体管器件的方法。

技术介绍

[0004]在规划中的高性能节能场效应晶体管(FET)中，优选均匀间隔的小间距(单个FET中两个相邻沟道之间的间隔)半导体沟道。例如，在5nm技术节点及以后，对于光刻定义的Fin
‑
FET，建议采用一致的24nm鳍间距。更小的沟道间距会带来更高的集成密度和导通状态性能，同时具有破坏性短程屏蔽和静电相互作用增强的风险；而均匀间隔的对齐方式可最大程度地减少影响导通状态和关断状态之间切换的沟道混乱。
[0005]尽管传统的光刻技术成功地缩小了体材料(例如，硅基底)的沟道间距，但在低于5nm的技术节点上对一维(1D)半导体进行图形化的性能下降了。碳纳米管(CNT)的规划中的沟道间距(～10nm或更小)超出了当前光刻的制造极限(大于10nm)。可选择地，使用物理力或化学识别来组装CNT的薄膜方法可提供超过每微米500个CNT的密度和与硅基FET相当的导通状态性能。但是，伴随的组装混乱(包括交叉、捆绑和不规则间距)不可避免地会降低栅极调制，显示出高达500mV/dec的亚阈值摆幅并降低了开/关比。
[0006]因此，需要进一步改进当前的纳米制造技术。

技术实现思路

[0007]本申请的目的之一是提供一种在基底上形成纳米结构阵列的方法以及在基底上形成场效应晶体管(FET)阵列的方法。
[0008]在本申请的一个方面，提供了一种在基底上形成纳米结构阵列的方法。该方法包括：提供包括纳米结构模板的模板溶液；通过使模板溶液与基底接触，将至少一个纳米结构模板沉积到基底上；以及在基底上形成至少一个固定结构，所述至少一个固定结构与至少一个纳米结构模板的全部或部分相交，以将至少一个纳米结构模板的全部或部分固定在基底上。
[0009]在一些实施方式中，纳米结构模板包括一种或多种物质，所述一种或多种物质选自由以下各项组成的组：核酸模板、修饰的核酸模板、蛋白质模板、聚合物模板、碳纳米管(CNT)、聚合物包裹的CNT、CNT薄膜、半导体纳米颗粒、半导体纳米线、半导体纳米块、金属纳米颗粒、金属纳米线、金属纳米块、聚合纳米颗粒、聚合纳米线、聚合纳米块、陶瓷纳米颗粒、陶瓷纳米线、陶瓷纳米块、金属氧化物纳米颗粒、金属氧化物纳米线、金属氧化物纳米块、氟
化物纳米颗粒、氟化物纳米线和氟化物纳米块。
[0010]在一些实施方式中，纳米结构模板包括修饰的核酸纳米结构模板，每个修饰的核酸纳米结构模板用至少一个纳米部分进行修饰，并且提供包括纳米结构模板的模板溶液包括：在模板溶液中形成核酸纳米结构模板，核酸纳米结构模板中的每一个核酸纳米结构模板包括至少一个腔体区域和在至少一个腔体区域外部的非腔体区域；以及将至少一个纳米部分与模板溶液混合，以将至少一个纳米部分组装到核酸纳米结构模板的至少一个腔体区域中。
[0011]在一些实施方式中，核酸纳米结构模板包括脱氧核糖核酸(DNA)纳米结构、核糖核酸(RNA)纳米结构、锁核酸(LNA)纳米结构或肽核酸(PNA)纳米结构。
[0012]在一些实施方式中，纳米部分包括一种或多种物质，所述一种或多种物质选自由以下各项组成的组：碳纳米管(CNT)、聚合物包裹的碳纳米管、碳纳米管薄膜、半导体纳米颗粒、半导体纳米线、半导体纳米块、金属纳米颗粒、金属纳米线、金属纳米块、聚合纳米颗粒、聚合纳米线、聚合纳米块、陶瓷纳米颗粒、陶瓷纳米线、陶瓷纳米块、金属氧化物纳米颗粒、金属氧化物纳米线、金属氧化物纳米块、氟化物纳米颗粒、氟化物纳米线和氟化物纳米块。
[0013]在一些实施方式中，核酸纳米结构模板的腔体区域由第一类型核酸块形成，核酸纳米结构模板的非腔体区域由第二类型核酸块形成，所述第二类型核酸块在核酸序列上与第一类型核酸块不同。
[0014]在一些实施方式中，在模板溶液中形成核酸纳米结构模板进一步包括：在核酸纳米结构模板的至少一个腔体区域上形成第一类型核酸手柄；以及其中将至少一个纳米部分组装到核酸纳米结构模板中的一个核酸纳米结构模板上进一步包括：在至少一个纳米部分上形成第二类型核酸手柄；以及通过第一类型核酸手柄和第二类型核酸手柄之间的相互作用，将至少一个纳米部分组装到核酸纳米结构模板的至少一个腔体区域上。
[0015]在一些实施方式中，第一类型核酸手柄和第二类型核酸手柄为互补的单链核酸链。
[0016]在一些实施方式中，将至少一个纳米结构模板沉积到基底上包括：在基底上形成图形化的对齐层，其中图形化的对齐层包括多个腔体；将包括纳米结构模板的模板溶液浸渍在图形化的对齐层上；以及培养基底以将纳米结构模板扩散到腔体中。
[0017]在一些实施方式中，培养基底包括：在密封腔室中使基底脱水或蒸发预定的时间段。
[0018]在一些实施方式中，基底包括半导体、氧化物、氮化物、金属、聚合物或石墨烯。
[0019]在一些实施方式中，该方法进一步包括：在核酸纳米结构模板的非腔体区域刻蚀核酸纳米结构模板。
[0020]在一些实施方式中，通过与非腔体区域的核酸链互补的分割核酸链来刻蚀核酸纳米结构模板。
[0021]在一些实施方式中，在其非腔体区域刻蚀核酸纳米结构模板包括：将核酸纳米结构模板刻蚀至使其顶表面基本上平坦。
[0022]在一些实施方式中，在基底上形成至少一个固定结构之前，该方法进一步包括：在基底上形成中间层以促进固定结构与基底的粘附。
[0023]在一些实施方式中，至少一个固定结构的厚度大于10纳米。
[0024]在一些实施方式中，至少一个固定结构包括介电材料或金属材料。
[0025]在一些实施方式中，该方法进一步包括：去除至少一个核酸纳米结构模板的至少一部分。
[0026]在一些实施方式中，至少一个核酸纳米结构模板的被去除的部分在去除步骤之前未被至少一个固定结构覆盖。
[0027]在一些实施方式中，核酸纳米结构模板的至少一部分通过清洗工艺、热退火工艺或化学氧化工艺去除。
[0028]在一些实施方式中，纳米结构模板包括第一部分和第二部分，所述第一部分用于形成电子器件，所述第二部分在材料上与第一部分不同，并且该方法进一步包括：去除纳米结构模板的第二部分的至少一部分。
[0029]在一些实施方式中，该方法进一步包括：基于固定在基底上的至少一个纳米结构模板，形成场效应晶体管(FET)阵列、传感器阵列、存储单元阵列或量子器件阵列。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在基底上形成纳米结构阵列的方法，其特征在于，所述方法包括：提供包括纳米结构模板的模板溶液；通过使所述模板溶液与所述基底接触，将至少一个纳米结构模板沉积到所述基底上；以及在所述基底上形成至少一个固定结构，所述至少一个固定结构与所述至少一个纳米结构模板的全部或部分相交，以将所述至少一个纳米结构模板的全部或部分固定在所述基底上。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纳米结构模板包括一种或多种物质，所述一种或多种物质选自由以下各项组成的组：核酸模板、修饰的核酸模板、蛋白质模板、聚合物模板、碳纳米管(CNT)、聚合物包裹的CNT、CNT薄膜、半导体纳米颗粒、半导体纳米线、半导体纳米块、金属纳米颗粒、金属纳米线、金属纳米块、聚合纳米颗粒、聚合纳米线、聚合纳米块、陶瓷纳米颗粒、陶瓷纳米线、陶瓷纳米块、金属氧化物纳米颗粒、金属氧化物纳米线、金属氧化物纳米块、氟化物纳米颗粒、氟化物纳米线和氟化物纳米块。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纳米结构模板包括修饰的核酸纳米结构模板，每个修饰的核酸纳米结构模板用至少一个纳米部分进行修饰，并且提供包括所述纳米结构模板的所述模板溶液包括：在所述模板溶液中形成核酸纳米结构模板，所述核酸纳米结构模板中的每个核酸纳米结构模板包括至少一个腔体区域和在所述至少一个腔体区域外部的非腔体区域；以及将至少一个纳米部分与所述模板溶液混合，以将所述至少一个纳米部分组装到所述核酸纳米结构模板的至少一个腔体区域中。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述核酸纳米结构模板包括脱氧核糖核酸(DNA)纳米结构、核糖核酸(RNA)纳米结构、锁核酸(LNA)纳米结构或肽核酸(PNA)纳米结构。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述纳米部分包括一种或多种物质，所述一种或多种物质选自由以下各项组成的组：碳纳米管(CNT)、聚合物包裹的CNT、CNT薄膜、半导体纳米颗粒、半导体纳米线、半导体纳米块、金属纳米颗粒、金属纳米线、金属纳米块、聚合纳米颗粒、聚合纳米线、聚合纳米块、陶瓷纳米颗粒、陶瓷纳米线、陶瓷纳米块、金属氧化物纳米颗粒、金属氧化物纳米线、金属氧化物纳米块、氟化物纳米颗粒、氟化物纳米线和氟化物纳米块。6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述核酸纳米结构模板的所述腔体区域由第一类型核酸块形成，并且所述核酸纳米结构模板的所述非腔体区域由第二类型核酸块形成，所述第二类型核酸块在核酸序列上与所述第一类型核酸块不同。7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述模板溶液中形成所述核酸纳米结构模板进一步包括：在所述核酸纳米结构模板的所述至少一个腔体区域上形成第一类型核酸手柄；以及其中将所述至少一个纳米部分组装到所述核酸纳米结构模板中的一个核酸纳米结构模板上进一步包括：在所述至少一个纳米部分上形成第二类型核酸手柄；以及通过所述第一类型核酸手柄和所述第二类型核酸手柄之间的相互作用，将所述至少一个纳米部分组装到所述核酸纳米结构模板的所述至少一个腔体区域上。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一类型核酸手柄和所述第二类型核酸手柄为互补的单链核酸链。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述至少一个纳米结构模板沉积到所述基底上包括：在所述基底上形成图形化的对齐层，其中所述图形化的对齐层包括多个腔体；将包含所述纳米结构模板的所述模板溶液浸渍在所述图形化的对齐层上；以及培养所述基底以将所述纳米结构模板扩散到所述腔体中。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，培养所述基底包括：在密封腔室中使所述基底脱水或蒸发预定的时间段。11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基底包括半导体、氧化物、氮化物、金属、聚合物或石墨烯。12.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：在所述核酸纳米结构模板的非腔体区域刻蚀所述核酸纳米结构模板。13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，通过与所述非腔体区域的核酸链互补的分割核酸链来刻蚀所述核酸纳米结构模板。14.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙伟，赵梦宇，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：