[发明专利]自支撑三维器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维微纳器件技术领域，特别是涉及一种自支撑三维器件及其制备方法。

背景技术

随着微电子工艺的发展，器件向着小型化发展的困难也在逐步增大，三维器件的构造无疑成为提高器件集成密度的一个重要途径。因此，寻找一种三维可控的空间微纳米结构的制造方法已经引起越来越多人的关注。目前有人利用离子束辐照控制薄膜形变来制备三维结构的工艺，其是通过在自支撑的银膜上利用聚焦离子束刻蚀出悬臂结构，然后再用离子束辐照使银悬臂发生形变，获得了可以在空间自由取向的三维金属结构。这种三维金属结构可用于光电器件的设计，如基于表面等离基元的探测器、宽波段光学调制器，以及三维SQUID磁探测器等。

但是上述制备工艺得到的具有三维结构的微纳器件均是以大面积金属薄膜作为载体，所有的三维的微纳器件都与母体金属薄膜相连，其在某些要求各个三维的微纳器件相互绝缘或者要求每个微纳器件的某些部分不能被金属短接等领域无法推广应用。

发明内容

本发明的目的是要提供一种自支撑三维器件及其制备方法，该方法操作简单，且得到的各个自支撑三维器件相互绝缘。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种制备自支撑三维器件的方法，包括：步骤S1：提供一自支撑的绝缘介质薄膜，该绝缘介质薄膜具有基本平坦的上表面；步骤S2：在绝缘介质薄膜的上表面上形成导电层和至少一个具有预定图案的器件单元，以形成一复合层结构；步骤S3：对复合层结构进行切割，以得到至少一个与复合层结构成局部连接的悬空部；其中，每一悬空部具有对应的一个器件单元；步骤S4：采用离子束辐照悬空部，以使得导电层发生变形，从而带动悬空部绕其与复合层结构的局部连接部向远离绝缘介质薄膜的方向弯曲；步骤S5：去除至少一部分导电层，得到绝缘的自支撑三维器件。

进一步地，在步骤S2中，在绝缘介质薄膜的上表面上形成多个器件单元；并且，在步骤S5中，去除部分导电层，以使得任意两个器件单元之间彼此绝缘。

进一步地，在步骤S5中，导电层最多仅保留与器件单元的预定图案相对应的部分。

进一步地，在步骤S5中，导电层被全部去除。

进一步地，在步骤S2中：在绝缘介质薄膜的上表面上形成导电层，然后在导电层上形成器件单元；或者，在绝缘介质薄膜的上表面上形成器件单元，然后在绝缘介质薄膜的上表面上形成导电层，以使得器件单元处于绝缘介质薄膜与导电层之间。

进一步地，悬空部与复合层结构沿连续的直线连接。

进一步地，导电层为金属材料；优选地，形成导电层的材料选自铬、金和铜中的一种或多种；可选地，导电层的厚度为3～10nm。

进一步地，形成器件单元的材料选自金、银、铜、铝、镍、钛、铬、ITO、氧化锌、氧化钛和氟化镁中的一种或多种；可选地，绝缘介质薄膜为氮化硅。

进一步地，制备自支撑三维器件的方法还包括：具有窗口的基底；绝缘介质薄膜形成在基底上并覆盖窗口。

根据本发明的另一方面，还提供了一种自支撑三维器件，其采用上述的任一种方法制备而成。该自支撑三维器件包括：具有窗口的基底；自支撑的绝缘介质薄膜，该绝缘介质薄膜形成在基底上并覆盖窗口，并且该绝缘介质薄膜具有：在一延伸平面内延伸的主体部；和从主体部切出的至少一个悬空部，悬空部与主体部成局部连接并偏离出主体部的延伸平面；在每一悬空部上形成的器件单元，该器件单元具有预定图案。

进一步地，在器件单元与绝缘介质薄膜的悬空部之间形成有与器件单元具有相同形状和尺寸的金属层。

进一步地，金属层的材料选择成能够在离子辐照时弯曲变形。

进一步地，形成金属层的材料为铬、金或铜。

进一步地，金属层的厚度为3～10nm。

进一步地，悬空部是通过离子束辐照使其向远离绝缘介质薄膜的方向弯曲得到的；优选地，悬空部为矩形。

进一步地，器件单元直接形成在绝缘介质薄膜的悬空部上。

进一步地，悬空部与主体部沿连续的直线连接。

进一步地，器件单元的预定图案为“U”形或三角形结构。

进一步地，悬空部与器件单元重叠。