一種壓力傳感結構及其制備方法
【專利說明】一種壓力傳感結構及其制備方法
[0001]
技術領域
[0002]本發(fā)明涉及一種以硅鍺異質(zhì)結納米線為敏感源的壓力傳感結構，還涉及上述壓力傳感結構的制備方法，屬于微納機電領域。
【背景技術】
[0003]隨著工藝技術的不斷革新，納米技術已經(jīng)成為集成電路領域極其重要的一個組成部分。而硅納米線、鍺納米線更是在集成電路領域扮演者舉足輕重的角色。而且，其在MEMS(微機電系統(tǒng))乃至NEMS (納機電系統(tǒng))中的應用，包括新型結構、新型工藝制備流程、以及與微電子工藝的兼容等，已經(jīng)吸引了大量的科研工作者的注意力。同樣的，除了單一的硅納米線、鍺納米線以外，硅鍺異質(zhì)結納米線在傳感領域表現(xiàn)出尤為突出的應用潛力，研宄發(fā)現(xiàn)，硅鍺異質(zhì)結納米線相對于單一的硅納米線抑或鍺納米線具有更靈敏的壓阻特性。同樣，梁結構作為微機電系統(tǒng)中，最為常見的微傳感器。被廣泛的應用于氣壓檢測、力檢測、質(zhì)量檢測、化學生物檢測等領域。然而目前大多的壓力傳感結構不具備高靈敏度和高精確度的特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種帶兩組列陣式硅鍺異質(zhì)結納米線敏感源的壓力傳感結構，本發(fā)明壓力傳感結構不僅具有更高的靈敏度和精確度，而且還具有較高的抗噪聲能力。
[0005]本發(fā)明還要解決的技術問題是提供上述以硅鍺異質(zhì)結納米線為敏感源的壓力傳感結構的制備方法。
[0006]
【發(fā)明內(nèi)容】
:為解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術手段為:
一種壓力傳感結構，包括硅片基底和多晶硅梁結構，所述多晶硅梁結構呈η型架設在所述硅片基底上，所述多晶硅梁結構上表面并列設有兩個壓力感應結構，每個所述壓力感應結構包括兩個相對設置的氮化硅層和位于兩個氮化硅層之間的多根硅鍺異質(zhì)結納米線，所述氮化硅層上還沉積有多晶硅層，所述多根硅鍺異質(zhì)結納米線呈列陣結構排布。
[0007]其中，每根所述娃鍺異質(zhì)結納米線的半徑為20~60納米，所述多根娃鍺異質(zhì)結納米線組成陣列結構的密度為30~60每平方微米。
[0008]上述壓力傳感結構的制備方法，包括如下步驟:
步驟I，對選好的硅片基底進行清洗處理；
步驟2，在步驟I的硅片基底上沉積二氧化硅犧牲層，并在二氧化硅犧牲層上刻蝕出兩個相互平行的帶狀凹槽結構；
步驟3，采用等離子體化學氣相淀積法在二氧化硅犧牲層上淀積多晶硅層；
步驟4，在多晶硅層上表面所需位置淀積兩組并列設置的基座，每組所述基座包括兩條相對設置的氮化硅絕緣層；
步驟5，利用掃描隧道顯微鏡探針尖端將多條硅鍺異質(zhì)結納米線按矩陣式排布安裝在每組氮化硅絕緣層之間；
步驟6，利用聚焦離子束技術在每條氮化硅絕緣層上淀積多晶硅層；
步驟7，除去硅片基底上沉積的二氧化硅犧牲層即可。
[0009]其中，步驟5中，所述硅鍺異質(zhì)結納米線的制備方法為:以單晶硅片為基底，利用電沉積法在單晶硅片基底上得到密度為500-1200每平方微米的錫納米催化劑層；再將單晶硅片置于450-470°C溫度下，先向容器中注入苯硅烷液體，熱分解產(chǎn)生硅烷氣體，將硅烷氣體作為前導氣體，利用前導氣體在錫納米催化劑層表面生長出硅納米片段；接著將溫度降至420-440°C，停止硅納米片段的生長，向容器中注入三苯基鍺烷液體，熱分解產(chǎn)生鍺烷氣體，將鍺烷氣體作為前導氣體，在硅納米片段上生長鍺納米片段；如此反復形成突變界面的娃鍺異質(zhì)結納米線，直至該娃鍺異質(zhì)結納米線達到所需長度。
[0010]其中，在單晶硅片基底上沉積錫納米催化劑層的具體操作方法為:將單晶硅片基底浸沒在由混合溶液和表面活性劑組成的微乳液中，對微乳液超聲處理20-40分鐘，即可在單晶硅片基底上沉積出半徑為5-10納米、密度為500-1200每平方微米的錫納米催化劑層；其中，所述混合溶液與表面活性劑的體積比為1:6~15，所述混合溶液由濃度為0.01-0.05 mol/L的錫鹽溶液和濃度為0.2-0.4 mol/L的氫氟酸溶液組成，表面活性劑為順丁烯二酸二異辛酯磺酸鹽和正庚烷溶液組成，所述表面活性劑的濃度為0.2-0.4mol/Lo
[0011]其中，步驟I中，所述硅片基底先用由氫氟酸、硫酸和雙氧水組成的混合溶液浸泡，再用去離子水對硅片基底清洗即可。
[0012]有益效果:本發(fā)明壓力傳感結構采用硅鍺異質(zhì)結納米線作為敏感源，硅鍺異質(zhì)結納米線比單一的硅納米線或單一的鍺納米線具有更靈敏的壓阻特性，另外，本發(fā)明硅懸臂梁結構中的硅鍺異質(zhì)結納米線采用陣列方式排布，能夠有效解決采用單根納米線導致硅懸臂梁結構出現(xiàn)靈敏度和精確度不佳的問題；更進一步說，相比于單組列陣式硅鍺異質(zhì)結納米線敏感源，本發(fā)明壓力傳感結構具有兩組列陣式硅鍺異質(zhì)結納米線敏感源，因此本發(fā)明壓力傳感結構具有更好的靈敏度和精確度，而且還具有高的抗噪聲能力；最后，本發(fā)明制備方法成本低，簡單易行，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明壓力傳感結構的結構示意圖；
圖2為本發(fā)明壓力傳感結構中硅片基底的結構示意圖；
圖3為在硅片基底上沉積二氧化硅犧牲層，并在二氧化硅犧牲層上刻蝕出兩個相互平行的帶狀結構的結構示意圖；
圖4為在二氧化硅犧牲層上淀積多晶硅層的結構示意圖；
圖5為在多晶硅層上表面淀積兩組帶狀氮化硅絕緣層的結構示意圖；
圖6為在每組氮化硅絕緣層之間設置硅鍺異質(zhì)結納米線以及在每條氮化硅絕緣層上淀積多晶娃層的結構不意圖；
圖7為本發(fā)明壓力傳感結構的橫截面圖；
圖8為單晶硅片基底上沉積出錫納米催化劑層； 圖9為在錫納米催化劑層表面生長出硅納米片段；
圖10為在硅納米片段上生長鍺納米片段；
圖11為在鍺納米片段上生長硅納米片段；
其中，硅片基底1，二氧化硅犧牲層2，多晶硅梁結構3，氮化硅層4，硅鍺異質(zhì)結納米線5，多晶硅層6，帶狀凹槽結構7，單晶硅片基底8，錫納米催化劑層9，硅納米片段10，鍺納米片段11。
【具體實施方式】
[0014]下面結合具體實施例進一步闡明本發(fā)明，應理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領域技術人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。
[0015]如圖1所示，本發(fā)明的壓力傳感結構，包括硅片基底I和多晶硅梁結構3，多晶硅梁結構3呈η型架設在硅片基底I上，多晶硅梁結構3上表面并列設有兩個壓力感應結構，每個壓力感應結構包括兩個相對設置且相互平行的氮化硅層4和位于兩個氮化硅層之間的多根硅鍺異質(zhì)結納米線5，氮化硅層4上表面還沉積有多晶硅層6，多根硅鍺異質(zhì)結納米線5呈列陣結構排布，其中，每根硅鍺異質(zhì)結納米線5的半徑為20~60納米，多根硅鍺異質(zhì)結納米線5組成的陣列結構的密度為30~60每平方微米。
[0016]圖8~11為在單晶硅片8上生長硅鍺異質(zhì)結納米線的流程圖。
[0017]圖2~7為本發(fā)明壓力傳感結構制備方法的流程圖，本發(fā)明壓力傳感結構的制備方法，包括如下步驟:
步驟1，對選好的硅片基底I先用由氫氟酸、硫酸和雙氧水組成的混合溶液浸泡，再用去離子水進行十分鐘清洗即可；
步驟2，在步驟I的硅片基底I上沉積二氧化硅犧牲層2，并在二氧化硅犧牲層2上刻蝕出兩個相互平行的帶狀凹槽結構7 ;多晶硅梁結構3的寬度能夠影響多晶硅梁結構3上陣列式硅鍺異質(zhì)結納