[发明专利]硅锗异质结纳米线阵列作为敏感元件的应变计及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳电子机械系统（简称：NEMS）传感器敏感元件，具体来说，涉及一种硅锗异质结纳米线阵列作为敏感元件的应变计及制备方法。

背景技术

纳米线，尤其是半导体材料的纳米线，由于硅材料、锗材料在当今集成电路领域的重要性，以及制备工艺与成熟的微电子工艺的兼容性备受科学家们的关注。目前，各种材料的纳米线在不同领域都有巨大的应用空间，如发光二极管（LED）、太阳能、传感器等领域。同时，纳机电系统（NEMS）技术的发展大大减小了压力传感器的尺寸，同时由于纳米尺度下的限制效应，作为敏感源的纳米材料拥有在微米尺度下没有的优异性能，从而大大提升了敏感源的灵敏度，为下一代的压力传感器提供了材料支持。而且，随着硅锗异质结纳米线的广泛关注，其优异的性能逐渐被研究发现。

单一组分的半导体纳米材料，虽然也具有比体材料大的压阻效应，但是通常在制作过程中表面被钝化，因而使得引起纳米尺度下巨压阻效应的关键因素——表面态的显著减少，因而大大减小了压阻效应。通常在应用过程中采用多组纳米线同时做为敏感源来提升应变计的灵敏度。硅锗异质结纳米线由于硅锗两种材料的晶格失配，加上量子限制效应往往表现出优异的性能。由于工艺上与当今主流的集成电路工艺的兼容性，采用纳米线做为应变计的的敏感元件比其他光学或者磁动势的材料更易与集成，所以，是一种应变计的理想材料。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种硅锗异质结纳米线阵列作为敏感元件的应变计，该应变计采用硅锗异质结纳米线阵列作为敏感元件，提高敏感源灵敏度，同时，还提供该应变计的制备方法，该制备方法简单，且与现有的集成电路工艺具有兼容性。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种硅锗异质结纳米线阵列作为敏感元件的应变计，该应变计包括绝缘体上硅圆片，以及覆盖在绝缘体上硅圆片上的氧化层，绝缘体上硅圆片上开有深槽，且深槽的侧壁和底面均设有氧化层，在深槽相对的两个侧壁上分别设有一个生长纳米线的窗口，该窗口上设有锡纳米颗粒催化剂层，锡纳米颗粒催化剂层上生长硅锗异质结纳米线阵列，两个生长纳米线且相对的窗口通过该硅锗异质结纳米线阵列相连接。

进一步：所述的硅锗异质结纳米线阵列的阵列密度20-70每平方微米，硅锗异质结纳米线阵列中的硅锗异质结纳米线的半径为20-80纳米。

一种上述的硅锗异质结纳米线阵列作为敏感元件的应变计的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

第一步，利用热氧化方法在绝缘体上硅圆片上表面形成保护氧化层，制成带有氧化层的绝缘体上硅圆片；

第二步，开深槽：通过光刻和反应离子刻蚀方法，在第一步制得的带有氧化层的绝缘体上硅圆片上开深槽；

第三步，开出生长纳米线的窗口：利用光刻定位工艺，去除位于深槽两侧壁上的用于生长纳米线的窗口上的氧化层，形成生长纳米线的窗口；深槽两侧壁上，除了窗口以外的其余位置都覆盖有氧化层；

第四步，利用电沉积方法，在生长纳米线的窗口表面上得到锡纳米颗粒催化剂层；

第五步，利用溶液气相法，在锡纳米颗粒催化剂层表面同步生长突变界面的硅锗异质结纳米线，制成硅锗异质结纳米线阵列，使得深槽两侧壁上的生长纳米线的窗口之间通过硅锗异质结纳米线阵列相连。

进一步，所述的第五步中的硅锗异质结纳米线的制备方法包括以下步骤：

步骤501）在450-470℃，热分解笨硅烷产生硅烷气体，做为前导气体，利用前导气体在锡纳米颗粒催化剂层表面生长硅纳米片段；

步骤502）将温度降至420-440℃，停止硅纳米片段的生长，同时向烧瓶中注入三苯基锗烷液体，热分解产生锗烷气体，作为锗纳米片段的前导气体，在硅纳米片段上生长锗纳米片段；

步骤503）周期性重复步骤501）和步骤502），形成突变界面的硅锗异质结纳米线，直至该硅锗异质结纳米线连接深槽两侧壁上的生长纳米线的窗口。