[发明专利]一种制作背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的方法

说明书

技术领域

本发明涉及化合物半导体材料、器件技术领域，尤其涉及一种制作背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的方法。

背景技术

氧化锌(ZnO)是一种II-VI族直接带隙的新型多功能化合物半导体材料，被称为第三代宽禁带半导体材料。ZnO晶体为纤锌矿结构，禁带宽度约为3.37eV，激子束缚能约为60meV。ZnO具备半导体、光电、压电、热电、气敏和透明导电等特性，在传感、声、光、电等诸多领域有着广阔的潜在应用价值。

近年来，对ZnO材料和器件的研究受到广泛关注。研究范围涵盖了ZnO体单晶、薄膜、量子线、量子点等材料的生长和特性以及ZnO传感器、透明电极、压敏电阻、太阳能电池窗口、表面声波器件、探测器及发光二极管(Light-emitting Diodes，LED)等器件的制备和研究方面。目前，已形成多种方法用于ZnO材料的生长，并且研制出若干种类的ZnO器件及传感器，但是P型ZnO材料的生长，ZnO纳米器件的制备及应用等问题依然需要深入和系统的研究。

ZnO是目前拥有纳米结构和特性最为丰富的材料，已实现的纳米结构包括纳米线、纳米带、纳米环、纳米梳、纳米管等等。其中，一维纳米线由于材料的细微化，比表面积增加，具有常规体材料所不具备的表面效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应，晶体质量更好，载流子的运输性能更为优越。一维纳米线不仅可以实现基本的纳米尺度元器件(如激光器、传感器、场效应晶体管、发光二极管、逻辑线路、自旋电子器件以及量子计算机等)，而且还能用来连接各种纳米器件，可望在单一纳米线上实现具有复杂功能的电子、光子及自旋信息处理器件。

ZnO纳米线场效应晶体管(Nanowire Field-Effect Transistor，NW FET)已成为国际研究的热点之一。ZnO一维纳米线作为沟道，与栅氧和栅金属可以形成金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor，MOSFET)。由于ZnO纳米线的电学性能随周围气氛中组成气体的改变而变化，比如未掺杂的ZnO对还原性、氧化性气体具有优越的敏感性，因此能够对相应气体进行检测和定量测试。这使得ZnO一维纳米线场效应晶体管可以用于气体、湿度和化学传感器、光电和紫外探测器、存储器(Memory)等应用领域。尤其是能够对有毒气体(如CO、NH3等)进行探测，通过场效应晶体管的跨导变化，即可检测出气体的组成及浓度。与常规SnO₂气体传感器相比，基于ZnO纳米线场效应晶体管的气体传感器具有尺寸小，成本低，可重复利用等优点。

综上所述，ZnO纳米线场效应晶体管的研制在纳米电子学和新型纳米传感器方面具有重要的研究和应用价值，将会对国民经济的发展起到重要的推动作用。

“由下至上”的纳米器件制备技术不同于常规的“由上至下”的半导体器件制备技术。在“由下至上”的ZnO纳米线场效应晶体管器件的制备过程中，有很多关键工艺需要摸索和尝试。而且，背栅ZnO纳米线场效应晶体管将栅电极制作在衬底的背部，有利于提高正面ZnO纳米线探测气体的敏感性。所以，背栅ZnO纳米线场效应晶体管的制作是一个非常值得研究的技术课题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

在“由下至上”的背栅ZnO纳米线场效应晶体管的制作过程中，由于ZnO纳米线的直径为百纳米量级，且需要从其生长衬底表面转移到器件制备衬底P型Si(即P⁺-Si)表面，ZnO纳米线的转移、淀积、定位等工艺对于背栅ZnO纳米线场效应晶体管的制作是必不可少的，对于后续的器件制备工艺有着重要的作用。此外，栅氧介质、背栅电极和源漏电极的制作也是ZnO纳米线场效应晶体管的关键的工艺环节之一。

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种制作背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的方法，以实现背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的制作。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种制作背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的方法，该方法包括：

选择衬底，在衬底的正面沉积栅氧介质；

在衬底的背面蒸发金属，形成背栅电极；

在衬底正面沉积的栅氧介质上制作定位标记；

将氧化锌纳米线转移和淀积至已完成定位标记制作的衬底的正面；

定位氧化锌纳米线；

制作源漏电极，形成背栅氧化锌纳米线场效应晶体管。