[发明专利]一种制备三维微纳器件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维微纳器件技术领域，是自由站立、三维微纳结构的制作方法，特别涉及一种基于聚焦离子束(FIB)的三维微纳结构的生长功能来制作不位于支撑衬底平面内的电极接触及配线，形成电流与支撑衬底平面成一定夹角流动的三维微纳器件的方法。

背景技术

过去几十年的发展经历表明，微电子领域器件集成的发展很快就会达到物理及/或经济上的极限。纳米电子器件是继微电子器件之后的下一代固体电子器件，其主要思想是基于纳米功能材料的量子效应来设计并制备纳米量子器件，以达到将集成电路进一步减小，并替代传统的硅器件的终极目标。为了突破传统的微电子集成工艺的极限，大量的科研工作者已投入越来越多的人力物力来研究新材料，先进的工艺技术与新器件类型。一维/准一维纳米材料由于其独特的物理特性以及其在电子、光子及生物传感等纳米器件上的应用而备受关注。随着电子器件尺寸朝着小尺度、低维方向的发展，研究人员们不断地合成出形貌丰富的有序排列的自由站立的三维纳米材料。对于一端固定在衬底表面，另一端自由伸展的纳米实体，如纳米线，纳米管，纳米棒等，怎样直接在其自由伸展端制作电极仍是一个亟待解决的技术难题。基于传统的光刻技术或电子束曝光技术的工艺根本无法解决这一问题。

对不位于衬底平面内的材料进行电学等特性测试，通常的处理方法如下：首先将材料从衬底上分离开来，这包括纳米实体的刮取收集、液相分散，表面转移等步骤，参见文献“Optical and electrical properties ofZnO nanowires grown on aluminium foil by non-catalytic thermalevaporation”.《Nanotechnology》.2007，Vol.18：175606。在该文中，首先将生长于衬底上的ZnO纳米线经刀片刮离衬底，然后放入乙醇溶液进行超声使聚团纳米线族分离，之后取分散液少量，滴到具有绝缘薄膜层的衬底表面；电极的制作则采用电子束曝光或聚焦离子束沉积的方法。上述方法的不足之处在于：1.使用刀片对衬底上的纳米材料进行分离容易对纳米材料造成机械损伤，并破坏了其原始几何形状，尤其是对于多臂或其它形状复杂的纳米结构；2.分散液进行取液时具有很大的随机性，不仅在寻找分散的单一纳米材料时耗费时间，也很难对之前所关注的单根纳米材料进行测试研究。另外一种可以克服上述某些不足的方法是利用聚焦离子束的刻蚀功能，将自由站立微纳材料准确无误的与衬底分离，使之位于支撑衬底平面，然后进行电极制作。归根到底，这两种方法所制作的器件，电流的流动均位于衬底平面内，是一种间接的、平面器件的加工方法，改变了材料的原始空间结构与位置，对集成度的提高具有较大的局限性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种制备三维微纳器件的方法，直接在自由站立微纳材料的自由端准确无误的形成微纳电极及三维配线，实现真正意义上的三维器件的制作，为微纳器件多功能混合集成提供新的工艺途径。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种制备三维微纳器件的方法，其包括下列步骤：

(1)样品放置与固定：

(i)若衬底是具有表面绝缘薄膜层的导电衬底，用导电物质从衬底背面将其固定在样品托上；

(ii)若衬底是具有表面导电层的电绝缘衬底，将样品固定在样品托上后，再用导电物质将样品表面与样品托连接.将固定于样品托上的样品放入双束SEM/FIB或单束FIB腔体内的样品台上，然后对样品台实行一定角度的倾斜，使FIB垂直于衬底入射；

(2)自由站立的三维微纳材料的图形观测：

移动样品台，用SEM或低束流离子流进行图形观测，找到需要形成电极接触的自由站立微纳材料及其自由端的位置，并测量其尺寸；

(3)衬底平面内电极接触块及/或连线的生长：

a)在生长自由站立微纳材料材料前，采用传统的光刻、电子束曝光或聚焦离子束沉积方法形成衬底平面内的大电极接触块与连线；

b)对于自由站立微纳材料生长前没有任何电极接触的情况，根据材料的位置，采用聚焦离子束，原位生长电极接触块与/或电极引线；

(4)三维电极接触及连线的制作：

对自由站立微纳材料形成三维电极接触与连线；

(5)衬底上残余沉积的清除：

将样品台倾斜一定的角度，使离子束以一定的角度侧向入射，使步骤4)中加工的三维结构的正下方完全无遮挡的暴露在FIB视场中；然后设定扫描区域，将三维结构下方的残余沉积去除；

(6)得成品。