基于摩擦誘導(dǎo)選擇性刻蝕的砷化鎵表面微納米加工方法
【專利摘要】一種基于摩擦誘導(dǎo)選擇性刻蝕的砷化鎵表面微納米加工方法，主要應(yīng)用于砷化鎵表面微納米結(jié)構(gòu)的加工。其具體操作方法是：將金剛石探針安裝在掃描探針顯微鏡或多點(diǎn)接觸微納米加工設(shè)備上，將清洗過的砷化鎵固定在樣品臺上，啟動設(shè)備，給探針施加不小于理論臨界載荷Fc的載荷F，并使探針按照設(shè)定的掃描軌跡在砷化鎵表面進(jìn)行掃描；將H2SO4、H2O2、H2O按H2SO4:H2O2:H2O=1:0.5:100的體積比配制混合溶液，再將掃描后的砷化鎵置于所述的混合溶液中刻蝕5-120分鐘，即可。該方法能在砷化鎵表面加工出各種形狀的凸起結(jié)構(gòu)，且其操作簡單、成本低、效率高、靈活性強(qiáng)。
【專利說明】基于摩擦誘導(dǎo)選擇性刻蝕的砷化鎵表面微納米加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于摩擦誘導(dǎo)選擇性刻蝕的砷化鎵表面微納米加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]砷化鎵(GaAs)是最為重要的化合物半導(dǎo)體材料之一。砷化鎵(GaAs)因其禁帶寬度及高的電子遷移率，是制造微納米器件的重要材料。砷化鎵表面所形成的異質(zhì)量子點(diǎn)具有光電轉(zhuǎn)換效率高、量子限制效應(yīng)強(qiáng)、量子干涉效應(yīng)明顯等特征，在新能源、光電探測、高性能激光器和量子計算等領(lǐng)域展示出強(qiáng)勁的應(yīng)用前景。例如，砷化鎵襯底量子點(diǎn)太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率理論上可達(dá)50%以上，遠(yuǎn)高于硅太陽能電池的理論轉(zhuǎn)換效率(30%)。市場分析顯示，在砷化鎵量子點(diǎn)發(fā)光、通信等技術(shù)的驅(qū)動下，2014年全球砷化鎵高科技手持裝置的數(shù)量可達(dá)17億，由此帶來37億美元的稅收，并且這一數(shù)據(jù)仍將持續(xù)攀升。然而，目前砷化鎵表面量子點(diǎn)的生長仍是無序的，其分布均勻性難以控制，這成為限制量子點(diǎn)性能提升的巨大障礙。通過砷化鎵表面的微納米結(jié)構(gòu)的加工，實(shí)現(xiàn)砷化鎵表面量子點(diǎn)的高質(zhì)量定位生長，成為國內(nèi)外研究人員關(guān)注的焦點(diǎn)問題。
[0003]目前的砷化鎵表面的微納米結(jié)構(gòu)的加工，囿于加工成本、加工效率等因素限制，其效果均不理想。根據(jù)不同的原理，目前應(yīng)用于砷化鎵表面的微納米加工方法主要有:
[0004]光刻技術(shù):一般在砷化鎵表面覆蓋聚合物(有機(jī)玻璃)作為掩膜，再涂光刻膠，通過光化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)、物理刻蝕方法，將模板上的圖形傳導(dǎo)至砷化鎵表面。隨著分辨率和加工精度的不斷提高，該方法成本也越來越高，其技術(shù)局限性也在進(jìn)一步凸顯，如:難以消除掩膜版的缺陷、難以提高砷化鎵晶片和掩膜板的表面平整度以及兩者之間的平行度、光源、光刻膠昂貴等問題。總之，隨著納米加工技術(shù)的發(fā)展，光刻技術(shù)已逐漸發(fā)展到其“應(yīng)用極限”。
[0005]高能束微加工技術(shù):利用聚焦離子/電子束可在砷化鎵表面加工出高分辨率的光柵、多級面臺階等結(jié)構(gòu)。然而該方法加工流程同樣包括鍍膜、模板覆蓋、曝光、刻蝕、去模等步驟，加工效率較低。由于離子束能量較大，除了刻蝕目標(biāo)區(qū)域的材料外，對基體材料也造成一定的損傷，并且其加工設(shè)備昂貴。
[0006]基于掃描探針技術(shù)的陽極氧化:通過掃描探針與樣品之間的隧道電流作用和電化學(xué)反應(yīng)使樣品表面接觸區(qū)域發(fā)生局部氧化，形成納米級氧化物結(jié)構(gòu)的加工方法。在加工過程中，探針作為陰極，樣品作為陽極，可使試件表面數(shù)個原子層出現(xiàn)氧化。該方法的加工精度受探針的尖銳度、探針和試件間偏壓的大小、環(huán)境濕度以及掃描速度等因素影響，加工條件相當(dāng)苛刻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種摩擦誘導(dǎo)選擇性刻蝕的砷化鎵表面微納米加工方法，該方法能在砷化鎵表面加工出各種形狀的凸起結(jié)構(gòu)，且其操作簡單、成本低、效率高、靈活性強(qiáng)。
[0008]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的，所采用的技術(shù)方案是:一種基于摩擦誘導(dǎo)選擇性刻蝕的砷化鎵表面微納米加工方法，其具體操作方法是:
[0009]A、將金剛石探針安裝在掃描探針顯微鏡或多點(diǎn)接觸微納米加工設(shè)備上，將清洗過的砷化鎵固定在樣品臺上,啟動設(shè)備,給探針施加不小于理論臨界載荷F。的載荷F,并使探針按照設(shè)定的掃描軌跡在砷化鎵表面進(jìn)行掃描；所述的理論臨界載荷F。，按以下方法確定:
[0010]Al、由公式
【權(quán)利要求】
1.一種基于摩擦誘導(dǎo)選擇性刻蝕的砷化鎵表面微納米加工方法，其具體操作是: A、將金剛石探針安裝在掃描探針顯微鏡或多點(diǎn)接觸微納米加工設(shè)備上，將清洗過的砷化鎵固定在樣品臺上，啟動設(shè)備，給探針施加不小于理論臨界載荷F。的載荷F，并使探針按照設(shè)定的掃描軌跡在砷化鎵表面進(jìn)行掃描；所述的理論臨界載荷F。，按以下方法確定: Al、由公式
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于摩擦誘導(dǎo)選擇性刻蝕的砷化鎵表面微納米加工方法，其特征在于:所述的金剛石探針的等效曲率半徑為5 μ m。
【文檔編號】B81C1/00GK103738911SQ201310732778
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】錢林茂, 唐鵬, 宋晨飛, 余丙軍, 郭劍 申請人:西南交通大學(xué)