專(zhuān)利名稱(chēng)：超晶格納米器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米器件。
背景技術(shù)：
納米科學(xué)與技術(shù)是目前一個(gè)蓬勃發(fā)展的研究領(lǐng)域，其主要研究由尺寸在 0.廣IOOnm之間的物質(zhì)組成的體系的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及相互作用，以及可能的實(shí)際應(yīng)用中的技術(shù)問(wèn)題。通常將納米科學(xué)與技術(shù)所涉及到的處于納米尺度量級(jí)的材料稱(chēng)為納米材料。按照材料本身的形貌，納米材料還可以分為二維納米材料，如納米薄膜、量子阱；一維納米材料，如納米線、納米柱、納米帶；以及零維納米材料，如納米團(tuán)簇、量子點(diǎn)。隨著維度的降低，納米材料顯示出許多不同于塊體材料的性質(zhì)，比如，較高的楊氏模量、能隙展寬現(xiàn)象、單電子效應(yīng)以及熱傳導(dǎo)降低等等。其中，二維納米材料中非常重要的一個(gè)體系就是超晶格材料，也是最早開(kāi)始被研究及應(yīng)用的人工剪切納米材料。超晶格是由兩種或多種不同摻雜、不同組分的半導(dǎo)體超薄層交替疊合生長(zhǎng)在基底上，并且在其外延方向上形成附加一維周期的人造結(jié)構(gòu)。該超晶格材料主要有 III-V 族(如 GaAs/AlGaAs)，II-VI 族(如 ZnSe/ZnCdSe)，IV-IV 族(如 Si/ GeSi)等半導(dǎo)體材料；其生長(zhǎng)制備手段大多為分子束外延(Molecular Beam Epitaxy,以下簡(jiǎn)稱(chēng)MBE)，或化學(xué)氣相沉積(Chemical Vapor D印osition，以下簡(jiǎn)稱(chēng)CVD)等發(fā)展比較成熟的技術(shù)。這些半導(dǎo)體超晶格材料主要用于新型發(fā)光器件及光學(xué)傳感器。隨著超晶格材料在納米器件中應(yīng)用的不斷深入，目前在一維納米材料納米線中引入了超晶格結(jié)構(gòu)，以擴(kuò)充納米線的功能；如Si/GeSi，GaAs/GaP，InP/InAs，ZnO/InZnO等半導(dǎo)體超晶格納米線材料，這些半導(dǎo)體超晶格納米線材料均是以金(Au)顆?；蚱渌饘僮鳛榇呋瘎?，利用氣-液-固(Vapor-Liquid-Solid，以下簡(jiǎn)稱(chēng)VLS)生長(zhǎng)法在制備納米線的同時(shí)得到串聯(lián)型超晶格結(jié)構(gòu)，即生長(zhǎng)出的納米線由兩種或兩種以上材料交替疊合而成。但是， 這種利用VLS生長(zhǎng)方法制備的串聯(lián)型超晶格納米線結(jié)構(gòu)存在以下缺陷
1.由于在納米線的生長(zhǎng)過(guò)程中需要半導(dǎo)體材料能與催化劑顆粒(通常是金屬，如Au) 在高溫下形成合金或者固溶體，這就限制了半導(dǎo)體材料的選擇范圍，或者為了制備某種超晶格材料必須尋找特殊的金屬催化劑；從而導(dǎo)致一些很有應(yīng)用價(jià)值的二維超晶格材料難以應(yīng)用在超晶格納米線材料上面。2.串聯(lián)型超晶格納米線結(jié)構(gòu)之制作方法，目前主要是采用VLS生長(zhǎng)方法，其難以利用已有的二維超晶格材料制備技術(shù)；且VLS生長(zhǎng)串聯(lián)型超晶格納米時(shí)需要精確控制各個(gè)材料的生長(zhǎng)高度，控制難度較大；因此，這在很大程度上增加了超晶格納米線的制備難度。并且在制作超晶格納米器件的制作時(shí)，需要額外的工藝將串聯(lián)型超晶格納米線結(jié)構(gòu)集成在硅基底上以制作器件；其中，額外的工藝包括納米線的定位、操縱以及集成等。然而，到目前為止，對(duì)納米線的定位、操縱以及集成等方面的技術(shù)尚不夠成熟。綜上所述，串聯(lián)型超晶格納米線結(jié)構(gòu)并非一具有實(shí)用性的理想的超晶格結(jié)構(gòu)；進(jìn)而使得目前難以獲取制作工藝成熟的具有超晶納米線結(jié)構(gòu)之超晶格納米器件。
有鑒于此，有必要提供一種超晶格納米器件及其制作方法，其可具有制作工藝簡(jiǎn)單、制作難度較小等優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
下面將以若干實(shí)施例說(shuō)明一種超晶格納米器件及其制作方法，其可具有制作工藝簡(jiǎn)單、制作難度較小等優(yōu)點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)以上內(nèi)容，提供一超晶格納米器件，其包括至少一個(gè)結(jié)構(gòu)單元，該結(jié)構(gòu)單元包括
一第一電極，其包括一基底及形成在該基底上的一一維納米結(jié)構(gòu)； 一功能層，其位于該基底上并環(huán)繞上述一維納米結(jié)構(gòu)；及一第二電極，其與該第一電極電絕緣，且該第二電極環(huán)繞上述功能層。
所述一維納米結(jié)構(gòu)包括納米線、納米柱、納米帶。優(yōu)選的，所述納米線包括半導(dǎo)體納米線。更優(yōu)選的，所述半導(dǎo)體納米線包括硅納米線。所述功能層可為一單層膜結(jié)構(gòu)?？蛇x的，所述功能層為由兩種或兩種以上薄膜順次排列形成的多層膜結(jié)構(gòu)。更可選的，所述功能層為由兩種或兩種以上薄膜重復(fù)排列形成的多層膜結(jié)構(gòu)。所述功能層包括半導(dǎo)體化合物超晶格單層膜結(jié)構(gòu)，IV-IV族、III-V族、II-VI族、 IV-VI族半導(dǎo)體超晶格多層膜結(jié)構(gòu)，鐵磁性-非磁性-鐵磁性、鐵磁性-反鐵磁性-鐵磁性、 鐵磁性-順磁性-鐵磁性超晶格多層膜結(jié)構(gòu)，自旋閥、巨磁阻、龐磁阻結(jié)構(gòu)，及稀磁半導(dǎo)體超晶格多層膜結(jié)構(gòu)。所述第一電極與第二電極是通過(guò)一絕緣層實(shí)現(xiàn)電絕緣的，該絕緣層位于上述基底之上且環(huán)繞該一維納米結(jié)構(gòu)，且該第二電極位于該絕緣層之上。所述絕緣層環(huán)繞上述功能層。可選的，所述功能層位于該絕緣層之上。以及，提供一超晶格納米器件的制作方法，其包括以下步驟
提供一基底，該基底上形成一一維納米結(jié)構(gòu)，該基底與該一維納米結(jié)構(gòu)一起作為一第一電極；
在該基底上形成一功能層，該功能層環(huán)繞該一維納米結(jié)構(gòu)；
在該基底上形成一絕緣層，該絕緣層位于該基底之上，并且環(huán)繞該一維納米結(jié)構(gòu)；
在該絕緣層上形成一第二電極，該第二電極環(huán)繞該功能層。所述絕緣層形成在該基底上，并且環(huán)繞該功能層?？蛇x的，所述絕緣層形成在該基底上，而該功能層形成在該絕緣層之上。所述一維納米結(jié)構(gòu)的形成方法包括VLS法、模板輔助成長(zhǎng)法、氧化物輔助成長(zhǎng)法、 離子束濺射沉積法、磁控濺射法(Magnetron Sputtering)、熱化學(xué)氣相沉積法(Thermal CVD)、微波輔助等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(Wave Plasma Enhanced CVD)、電子回旋共振化學(xué)氣相沉積法(Electron Cyclotron Resonance CVD, ECRCVD)。所述功能層是通過(guò)在該一維納米結(jié)構(gòu)側(cè)面形成一薄膜而成的單層膜結(jié)構(gòu)?？蛇x的，所述功能層是通過(guò)在該一維納米結(jié)構(gòu)側(cè)面順次形成兩種或兩種以上薄膜而成的多層膜結(jié)構(gòu)。更可選的，所述功能層是通過(guò)在該一維納米結(jié)構(gòu)側(cè)面重復(fù)形成兩種或兩種以上薄膜而成的多層膜結(jié)構(gòu)。所述功能層包括半導(dǎo)體化合物超晶格單層膜結(jié)構(gòu)，IV-IV族、III-V族、II-VI族、 IV-VI族半導(dǎo)體超晶格多層膜結(jié)構(gòu)，鐵磁性-非磁性-鐵磁性、鐵磁性-反鐵磁性-鐵磁性、 鐵磁性-順磁性-鐵磁性超晶格多層膜結(jié)構(gòu)，自旋閥、巨磁阻、龐磁阻結(jié)構(gòu)，及稀磁半導(dǎo)體超晶格多層膜結(jié)構(gòu)。所述多層膜結(jié)構(gòu)的形成方法包括分子束外延生長(zhǎng)法、熱化學(xué)氣相沉積法、脈沖激光沉積法(Pulsed Laser Deposition, PLD)、磁控濺射法、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法、熱絲化學(xué)氣相沉積法(Hot Filament CVD, HFCVD)、金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積法 (Metal-Organic CVD, M0CVD)、離子束沉積法(Ion Beam D印osition, IBD)、離子束溉射法 (Ion Beam Sputtering Deposition, IBS)、電子束沉禾只法(Electron Beam Deposition)、 電化學(xué)沉禾只法(Electronic Chemical Deposition)。所述第二電極的形成方法包括熱化學(xué)氣相沉積法、脈沖激光沉積法、磁控濺射法、 等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法、熱絲化學(xué)氣相沉積法、金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積法、離子束沉積法、離子束濺射法、電子束沉積法、電化學(xué)沉積法。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本技術(shù)方案所提供的超晶格納米器件及其制作方法，由于其是通過(guò)在一維納米結(jié)構(gòu)的側(cè)面沉積多層膜，可兼容目前較成熟的制作二維超晶格結(jié)構(gòu)的工藝技術(shù)，大大降低了其制作難度；且其克服了 VLS生長(zhǎng)納米線技術(shù)中要求超晶格材料與金屬催化劑之間形成合金或固溶體等問(wèn)題，進(jìn)而可制備種類(lèi)較多的超晶格納米器件。另外，其將超晶格納米結(jié)構(gòu)直接生長(zhǎng)在基底上，由于一維納米結(jié)構(gòu)本身的線度，得到的器件本身就是納米量級(jí)，繞過(guò)了對(duì)一維納米結(jié)構(gòu)的操作集成等難點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的超晶格納米器件結(jié)構(gòu)剖面示意圖。 圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例的超晶格納米器件結(jié)構(gòu)的俯視圖。 圖3是本發(fā)明第一實(shí)施例的超晶格納米器件中的結(jié)構(gòu)單元剖面示意圖。 圖4是本發(fā)明第二實(shí)施例的超晶格納米器件結(jié)構(gòu)剖面示意圖。 圖5是本發(fā)明第二實(shí)施例的超晶格納米器件結(jié)構(gòu)的俯視圖。 圖6是本發(fā)明第二實(shí)施例的超晶格納米器件中的結(jié)構(gòu)單元剖面示意圖。 圖7(a)是本發(fā)明第一實(shí)施例的硅基底上形成硅納米線的示意圖。 圖7(b)是本發(fā)明第一實(shí)施例的硅納米線側(cè)面形成一第一薄膜的示意圖。 圖7(c)是本發(fā)明第一實(shí)施例的第一薄膜側(cè)面形成一第二薄膜的示意圖。 圖7(d)是本發(fā)明第一實(shí)施例的硅基底上形成一絕緣層的示意圖。 圖7(e)是本發(fā)明第一實(shí)施例的在絕緣層上形成一第二電極的示意圖。 圖8(a)是本發(fā)明第二實(shí)施例的硅基底上形成硅納米線的示意圖。 圖8(b)是本發(fā)明第二實(shí)施例的硅基底上形成一絕緣層的示意圖。 圖8(c)是本發(fā)明第二實(shí)施例的硅納米線側(cè)面形成一第一薄膜的示意圖。 圖8(d)是本發(fā)明第二實(shí)施例的第一薄膜側(cè)面形成一第二薄膜的示意圖。
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圖8(e)是本發(fā)明第二實(shí)施例的在絕緣層上形成一第二電極的示意圖。主要元件符號(hào)說(shuō)明
權(quán)利要求
1.一種超晶格納米器件，其包括至少一個(gè)結(jié)構(gòu)單元，該結(jié)構(gòu)單元包括一第一電極，其包括一基底及形成在該基底上的一一維納米結(jié)構(gòu)；一功能層，其位于該基底上并環(huán)繞上述一維納米結(jié)構(gòu)；及一第二電極，其與該第一電極電絕緣，且該第二電極環(huán)繞上述功能層。
2.如權(quán)利要求1所述的超晶格納米器件，其特征在于所述一維納米結(jié)構(gòu)包括納米線、 納米柱、納米帶。
3.如權(quán)利要求2所述的超晶格納米器件，其特征在于所述納米線包括半導(dǎo)體納米線。
4.如權(quán)利要求3所述的超晶格納米器件，其特征在于所述半導(dǎo)體納米線包括硅納米線。
5.如權(quán)利要求1所述的超晶格納米器件，其特征在于所述功能層為一單層膜結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1所述的超晶格納米器件，其特征在于所述功能層是由兩種或兩種以上薄膜順次排列或者重復(fù)排列而形成的多層膜結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求1所述的超晶格納米器件，其特征在于所述功能層包括半導(dǎo)體化合物超晶格單層膜結(jié)構(gòu)，IV-IV族、III-V族、II-VI族、IV-VI族半導(dǎo)體超晶格多層膜結(jié)構(gòu)，鐵磁性-非磁性-鐵磁性、鐵磁性-反鐵磁性-鐵磁性、鐵磁性-順磁性-鐵磁性超晶格多層膜結(jié)構(gòu)，自旋閥、巨磁阻、龐磁阻結(jié)構(gòu)，及稀磁半導(dǎo)體超晶格多層膜結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求1所述的超晶格納米器件，其特征在于所述第一電極與第二電極是通過(guò)一絕緣層實(shí)現(xiàn)電絕緣，該絕緣層位于上述基底上且環(huán)繞該一維納米結(jié)構(gòu)，且該第二電極位于該絕緣層之上。
9.如權(quán)利要求8所述的超晶格納米器件，其特征在于所述絕緣層環(huán)繞上述功能層。
10.如權(quán)利要求8所述的超晶格納米器件，其特征在于所述功能層位于該絕緣層之上。
11.一種超晶格納米器件的制作方法，其包括以下步驟提供一基底，在該基底上形成一一維納米結(jié)構(gòu)，該基底與該一維納米結(jié)構(gòu)一起作為一第一電極；在該基底上形成一功能層，該功能層環(huán)繞該一維納米結(jié)構(gòu)；在該基底上形成一絕緣層，該絕緣層位于該基底之上，并且環(huán)繞該一維納米結(jié)構(gòu)；在該絕緣層上形成一第二電極，該第二電極環(huán)繞該功能層。
12.如權(quán)利要求11所述的超晶格納米器件的制作方法，其特征在于所述一維納米結(jié)構(gòu)的形成方法包括氣-液-固生長(zhǎng)法、模板輔助成長(zhǎng)法、氧化物輔助成長(zhǎng)法、離子束濺射沉積法、磁控濺射法、熱化學(xué)氣相沉積法、微波輔助等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法、電子回旋共振化學(xué)氣相沉積法。
13.如權(quán)利要求11所述的超晶格納米器件的制作方法，其特征在于所述功能層是通過(guò)在該一維納米結(jié)構(gòu)側(cè)面形成一薄膜而成的單層膜結(jié)構(gòu)。
14.如權(quán)利要求11項(xiàng)所述的超晶格納米器件的制作方法，其特征在于所述單層膜結(jié)構(gòu)及多層膜結(jié)構(gòu)的形成方法包括分子束外延生長(zhǎng)法、熱化學(xué)氣相沉積法、脈沖激光沉積法、磁控濺射法、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法、熱絲化學(xué)氣相沉積法、金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積法、離子束沉積法、離子束濺射法、電子束沉積法、電化學(xué)沉積法。
15.如權(quán)利要求11所述的超晶格納米器件的制作方法，其特征在于所述第二電極的形成方法包括熱化學(xué)氣相沉積法、脈沖激光沉積法、磁控濺射法、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法、熱絲化學(xué)氣相沉積法、金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積法、離子束沉積法、離子束濺射法、電子束沉積法、電化學(xué)沉積法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超晶格納米器件。該超晶格納米器件包括至少一個(gè)結(jié)構(gòu)單元，該結(jié)構(gòu)單元包括一第一電極，其包括一基底及形成在該基底上的一一維納米結(jié)構(gòu)；一功能層，其位于該基底上并環(huán)繞上述一維納米結(jié)構(gòu)；及一第二電極，其與該第一電極電絕緣，且該第二電極環(huán)繞上述功能層。
文檔編號(hào)B82B3/00GK102153047SQ201110053809
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2005年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月22日
發(fā)明者姚湲, 范守善, 褚衛(wèi)國(guó) 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司