專利名稱：通用的多種材料間全限制量子點的自對準(zhǔn)制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及ー種利用SU-8膠實現(xiàn)多種材料間全限制量子點的自對準(zhǔn)制備方法。本發(fā)明提出了ー種采用納米量級SU-8膠條作干法刻蝕和濕法腐蝕的掩模和犧牲材料層腐蝕剝離相結(jié)合，制備多種材料間全限制量子點器件結(jié)構(gòu)的方法。該方法選用的抗刻蝕、抗腐蝕性能優(yōu)良的SU-8膠可作多種材料的干法刻蝕和濕法腐蝕的掩模，拓展了該方法的應(yīng)用范圍。本方法選用的犧牲材料層的制備方法應(yīng)該滿足エ藝溫度不能過高、腐蝕速率快的特點，這樣可以保證在對犧牲材料層操作過程中對功能材料層Q和E的影響足夠小，而且不同材料間的拓展過程中，SU-8膠的電子束曝光過程都是在同一種犧牲材料層襯底上進行的，這樣就避免了更換功能材料Q后，電子束曝光エ藝參數(shù)的重新優(yōu)化過程。因此，該方法在制備精度、制備難度、制備良品率、定位精度、兼容性等方面具有很大的優(yōu)越性。
背景技術(shù)：
隨著固態(tài)器件向著小尺度、低維方向發(fā)展，研究量子點/納米線的相關(guān)制備技術(shù)以及機理，對于微納電子技術(shù)、光電子信息技術(shù)、生物納米技術(shù)提供了新的發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)。由于量子點/納米線結(jié)構(gòu)中的受限電子、光子、分子呈現(xiàn)出許多物理內(nèi)涵十分豐富的新現(xiàn)象和效應(yīng)，將開辟出新一代的量子/納米電子技術(shù)，如單電子晶體管、共振隧穿ニ極管(RTD)、太陽能電池、激光器、LED、生物化學(xué)檢測等。因此，如何高線寬精度、定位精確、簡單、經(jīng)濟高效地制備出不同材料間的量子點/納米線的全限制結(jié)構(gòu)，對于低維度器件新機理的研究、不同領(lǐng)域檢測精度的提高有著意味深遠(yuǎn)的推動作用。目前，量子點/納米線的制備方法主要集中在材料生長和電化學(xué)エ藝方面，由于此類方法制備的量子點/納米線的定位精度不高、可靠性差，制備良品率低，研發(fā)成本高、可移植性差的限制，可能導(dǎo)致與現(xiàn)有的CMOSエ藝不兼容。為了實現(xiàn)多種材料間量子點/納米線全限制結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟高效地自對準(zhǔn)制備，我們提出本發(fā)明構(gòu)思。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供ー種通用的多種材料間全限制量子點的自對準(zhǔn)制備方法，其是利用SU-8膠實現(xiàn)多種材料間全限制量子點的自對準(zhǔn)制備方法，該制備方法線寬控制精度高、定位精確、可拓展性好、制備簡單、可靠性高、制備良品率高、研發(fā)成本低、可移植性好、經(jīng)濟高效。本發(fā)明提供ー種通用的多種材料間全限制量子點的自對準(zhǔn)制備方法，該方法包括步驟I :在襯底上生長ー層抗腐蝕的電熱絕緣材料層，在該電熱絕緣材料層上依次淀積第一功能材料層和犧牲材料層；步驟2 :在犧牲材料層上旋涂SU-8膠并電子束曝光，形成縱向的條形納米量級SU-8膠掩模；
步驟3 :通過該SU-8膠掩模，干法刻蝕至電熱絕緣材料層的上表面；步驟4 :在電熱絕緣材料層、條形的第一功能材料層、犧牲材料層和SU-8膠掩模結(jié)構(gòu)的裸露表面，淀積第二功能材料層；步驟5 :在第二功能材料層上旋涂SU-8膠并電子束曝光，形成橫向的條形納米量級的SU-8膠條，并跨越由第一功能材料層、犧牲材料層和SU-8膠掩模疊成的縱向條形結(jié)構(gòu)；步驟6 :通過SU-8膠條掩模，干法刻蝕第二功能材料層至電熱絕緣材料層的上表面；步驟7 :腐蝕去除犧牲材料層，暴露出第二功能材料層下方以外的第一功能材料層；步驟8 :通過第二功能材料層上部的SU-8膠條掩模，干法刻蝕去除第二功能材料層下方以外的第一功能材料層；步驟9 :超聲-剝離，制備出第一功能材料層全限制在第二功能材料層間的水平器件結(jié)構(gòu)，完成制備。本發(fā)明提供的這種利用SU-8膠實現(xiàn)多種材料間全限制量子點的自對準(zhǔn)制備方法，采用薄膜エ藝、電子束曝光エ藝、干法刻蝕エ藝、濕法腐蝕エ藝制備的功能材料量子點的全限制結(jié)構(gòu)器件。這種制備方法的特點在于線寬控制精度高、定位精確、可拓展性好、制備簡單、可靠性高、制備良品率高、研發(fā)成本低、可移植性好、經(jīng)濟高效。


為進一歩描述本發(fā)明的具體技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實施例及附圖詳細(xì)說明如后，其中圖I是本發(fā)明提供的多種材料間全限制量子點的自對準(zhǔn)制備方法的流程圖；圖2(a_b)_圖10(a-b)是多種材料間自對準(zhǔn)制備全限制量子點的器件結(jié)構(gòu)的示意圖，其中各圖b為各圖a的俯視圖。
具體實施例方式請參閱圖I結(jié)合參閱圖2至圖10所示，本發(fā)明提供ー種通用的多種材料間全限制量子點的自對準(zhǔn)制備方法，該方法包括步驟1 :在襯底100上生長ー層抗腐蝕的電熱絕緣材料層101，在該電熱絕緣材料層101上淀積第一功能材料層102。其中襯底100的材料為硅、氮化鎵、藍寶石、碳化硅、神化鎵或玻璃等現(xiàn)有的以及以后出現(xiàn)的襯底材料。所述電熱絕緣材料層101的材料是氮氧化合物、氮化物或氧化物，或者是這幾種化合物構(gòu)成的混合物，所述電熱絕緣材料層101是通過濺射法、蒸鍍法、化學(xué)氣相淀積法、激光輔助淀積法、原子層淀積法、熱氧化法或金屬有機物熱分解法中的一種或者幾種制備；所述第一功能材料層102的材料是相變材料、神化鎵、氮化鎵、多晶硅或石墨烯，所述第一功能材料層102是通過濺射法、化學(xué)氣相淀積法、激光輔助淀積法或原子層淀積法中的一種或者幾種制備；所述犧牲材料層103可以是光刻膠、多晶硅、硅的氧化物、氮化物或者是其它容易腐蝕的材料，所述犧牲材料層103濺射法、蒸發(fā)法、化學(xué)氣相淀積、等離子體輔助淀積法、金屬有機物熱分解法或激光輔助淀積法中的一種或幾種制備；
步驟2 :在犧牲材料層103上旋涂Su-8膠并電子束曝光，形成縱向納米量級的SU-8膠掩模104，所述SU-8膠掩模104的材料是SU-8膠全系列，厚度和水平尺寸在l-102nm，所述SU-8膠掩模104是通過旋涂SU-8膠后，電子束曝光、X射線曝光、365nm汞燈曝光中的一種或者幾種搭配制備；步驟3 :通過SU-8膠掩模104，干法刻蝕第一功能材料層102和犧牲材料層103，使其中間形成條形結(jié)構(gòu)，刻蝕深度到達電熱絕緣材料層101的表面；步驟4 :在條形結(jié)構(gòu)的表面及電熱絕緣材料層101暴露部分，淀積第二功能材料層105。所述第二功能材料層105的材料可以與第一功能材料層102相同，也可以采用鎢、氮化鈦、鎳、鋁、鈦、金、銀、銅、鉬、氮化鎢，或它們的組合，所述第二功能材料層105是通過濺射法、蒸發(fā)法、化學(xué)氣相淀積、等離子體輔助淀積法、金屬有機物熱分解法或激光輔助淀積法中的一種或幾種制備；步驟5 :在第二功能材料層105上，旋涂SU-8膠并電子束曝光，制備出納米量級的條形SU-8膠掩模104，該條形SU-8膠掩模104，垂直并跨越由第一功能材料層102和犧牲材料層103疊構(gòu)的條形結(jié)構(gòu)；步驟6 :用該條形SU-8膠掩模104做掩模，干法刻蝕第二功能材料層105至電熱絕緣材料層101的表面；步驟7 :濕法腐蝕去除犧牲材料層103，暴露出第二功能材料層105下方以外的第一功能材料層102,使第二功能材料層105下方形成ー個懸空結(jié)構(gòu)；步驟8 :干法刻蝕去除條形SU-8膠掩模104下方以外的第一功能材料層102 ；步驟9 :剝離，制備出第一功能材料層102全限制在第二功能材料層105間的水平器件結(jié)構(gòu)，完成制備。以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.ー種通用的多種材料間全限制量子點的自對準(zhǔn)制備方法，該方法包括 步驟I:在襯底上生長ー層抗腐蝕的電熱絕緣材料層，在該電熱絕緣材料層上依次淀積第一功能材料層和犧牲材料層； 步驟2 :在犧牲材料層上旋涂SU-8膠并電子束曝光，形成縱向的條形納米量級SU-8膠掩模； 步驟3 :通過該SU-8膠掩模，干法刻蝕至電熱絕緣材料層的上表面； 步驟4 :在電熱絕緣材料層、條形的第一功能材料層、犧牲材料層和SU-8膠掩模結(jié)構(gòu)的裸露表面，淀積第二功能材料層；步驟5 :在第二功能材料層上旋涂SU-8膠并電子束曝光，形成橫向的條形納米量級的SU-8膠條，并跨越由第一功能材料層、犧牲材料層和SU-8膠掩模疊成的縱向條形結(jié)構(gòu)；步驟6 :通過SU-8膠條掩模，干法刻蝕第二功能材料層至電熱絕緣材料層的上表面；步驟7 :腐蝕去除犧牲材料層，暴露出第二功能材料層下方以外的第一功能材料層；步驟8 :通過第二功能材料層上部的SU-8膠條掩模，干法刻蝕去除第二功能材料層下方以外的第一功能材料層； 步驟9 :超聲-剝離，制備出第一功能材料層全限制在第二功能材料層間的水平器件結(jié)構(gòu)，完成制備。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的通用的多種材料間全限制量子點的自對準(zhǔn)制備方法，其中襯底的材料為硅、氮化鎵、藍寶石、碳化硅、神化鎵或者玻璃。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的通用的多種材料間全限制量子點的自對準(zhǔn)制備方法，其中電熱絕緣材料層是氮氧化合物、氮化物、氧化物，或者是這幾種化合物構(gòu)成的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的通用的多種材料間全限制量子點的自對準(zhǔn)制備方法，其中電熱絕緣材料層是通過濺射法、蒸鍍法、化學(xué)氣相淀積法、激光輔助淀積法、原子層淀積法、熱氧化法、金屬有機物熱分解法中的ー種或者幾種制備。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的通用的多種材料間全限制量子點的自對準(zhǔn)制備方法，其中第一功能材料層是相變材料、神化鎵、氮化鎵、石墨烯、超導(dǎo)材料、鐵磁材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的通用的多種材料間全限制量子點的自對準(zhǔn)制備方法，其中第一功能材料層是通過濺射法、蒸鍍法、化學(xué)氣相淀積法、激光輔助淀積法、原子層淀積法、熱氧化法、金屬有機物熱分解法中的ー種或者幾種制備。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的通用的多種材料間全限制量子點的自對準(zhǔn)制備方法，其中犧牲材料層是金屬、硅的氧化物、氮化物、氮氧化物、多晶硅。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的通用的多種材料間全限制量子點的自對準(zhǔn)制備方法，其中犧牲材料層是通過濺射法、化學(xué)氣相淀積法、激光輔助淀積法、原子層淀積法、熱氧化法、金屬有機物熱分解法中的ー種或者幾種制備。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的通用的多種材料間全限制量子點的自對準(zhǔn)制備方法，其中SU-8膠掩模是SU-8膠全系列。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的通用的多種材料間全限制量子點的自對準(zhǔn)制備方法，其中SU-8膠掩模是通過旋涂SU-8膠后，電子束曝光、X射線曝光、365nm汞燈曝光中的一種或者幾種搭配制備。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的通用的多種材料間全限制量子點的自對準(zhǔn)制備方法，其中第二功能材料層與第一功能材料相同，或是硅、多晶硅、鎢、氮化鈦、鎳、鋁、鈦、金、銀、銅、鉬、氮化鎢，或者它們的合金；
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的通用的多種材料間全限制量子點的自對準(zhǔn)制備方法，其中第二功能材料層是通過濺射法、蒸鍍法、化學(xué)氣相淀積法、激光輔助淀積法、原子層淀積法、熱氧化法、金屬有機物熱分解法中的ー種或者幾種制備。
全文摘要
一種通用的多種材料間全限制量子點的自對準(zhǔn)制備方法，包括在襯底上依次淀積生長電熱絕緣材料層、第一功能材料層和犧牲材料層；旋涂SU-8膠并電子束曝光；干法刻蝕至電熱絕緣材料層的上表面；淀積第二功能材料層；經(jīng)電子束曝光形成橫向的條形納米量級的SU-8膠條，并跨越由第一功能材料層；干法刻蝕第二功能材料層至電熱絕緣材料層的上表面；腐蝕去除犧牲材料層，暴露出第二功能材料層下方以外的第一功能材料層；干法刻蝕去除第二功能材料層下方以外的第一功能材料層；超聲-剝離，制備出第一功能材料層全限制在第二功能材料層間的水平器件結(jié)構(gòu)。本發(fā)明藉由線寬控制精度高、定位精確、可拓展性好、制備簡單、可靠性高、制備良品率高、研發(fā)成本低、可移植性好、經(jīng)濟高效的優(yōu)點。
文檔編號B82Y40/00GK102623307SQ20121008859
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月29日
發(fā)明者付英春, 季安, 張加勇, 楊富華, 梁秀琴, 王曉峰, 白云霞, 馬慧莉 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所