專利名稱：超晶格納米器件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種納米器件。
背景技術：
納米科學與技術是目前一個蓬勃發展的研究領域，其主要研究由尺寸在 0.廣IOOnm之間的物質組成的體系的運動規律及相互作用，以及可能的實際應用中的技術問題。通常將納米科學與技術所涉及到的處于納米尺度量級的材料稱為納米材料。按照材料本身的形貌，納米材料還可以分為二維納米材料，如納米薄膜、量子阱；一維納米材料，如納米線、納米柱、納米帶；以及零維納米材料，如納米團簇、量子點。隨著維度的降低，納米材料顯示出許多不同于塊體材料的性質，比如，較高的楊氏模量、能隙展寬現象、單電子效應以及熱傳導降低等等。其中，二維納米材料中非常重要的一個體系就是超晶格材料，也是最早開始被研究及應用的人工剪切納米材料。超晶格是由兩種或多種不同摻雜、不同組分的半導體超薄層交替疊合生長在基底上，并且在其外延方向上形成附加一維周期的人造結構。該超晶格材料主要有 III-V 族(如 GaAs/AlGaAs)，II-VI 族(如 ZnSe/ZnCdSe)，IV-IV 族(如 Si/ GeSi)等半導體材料；其生長制備手段大多為分子束外延(Molecular Beam Epitaxy,以下簡稱MBE)，或化學氣相沉積(Chemical Vapor D印osition，以下簡稱CVD)等發展比較成熟的技術。這些半導體超晶格材料主要用于新型發光器件及光學傳感器。隨著超晶格材料在納米器件中應用的不斷深入，目前在一維納米材料納米線中引入了超晶格結構，以擴充納米線的功能；如Si/GeSi，GaAs/GaP，InP/InAs，ZnO/InZnO等半導體超晶格納米線材料，這些半導體超晶格納米線材料均是以金(Au)顆粒或其它金屬作為催化劑，利用氣-液-固(Vapor-Liquid-Solid，以下簡稱VLS)生長法在制備納米線的同時得到串聯型超晶格結構，即生長出的納米線由兩種或兩種以上材料交替疊合而成。但是， 這種利用VLS生長方法制備的串聯型超晶格納米線結構存在以下缺陷
1.由于在納米線的生長過程中需要半導體材料能與催化劑顆粒(通常是金屬，如Au) 在高溫下形成合金或者固溶體，這就限制了半導體材料的選擇范圍，或者為了制備某種超晶格材料必須尋找特殊的金屬催化劑；從而導致一些很有應用價值的二維超晶格材料難以應用在超晶格納米線材料上面。2.串聯型超晶格納米線結構之制作方法，目前主要是采用VLS生長方法，其難以利用已有的二維超晶格材料制備技術；且VLS生長串聯型超晶格納米時需要精確控制各個材料的生長高度，控制難度較大；因此，這在很大程度上增加了超晶格納米線的制備難度。并且在制作超晶格納米器件的制作時，需要額外的工藝將串聯型超晶格納米線結構集成在硅基底上以制作器件；其中，額外的工藝包括納米線的定位、操縱以及集成等。然而，到目前為止，對納米線的定位、操縱以及集成等方面的技術尚不夠成熟。綜上所述，串聯型超晶格納米線結構并非一具有實用性的理想的超晶格結構；進而使得目前難以獲取制作工藝成熟的具有超晶納米線結構之超晶格納米器件。
有鑒于此，有必要提供一種超晶格納米器件及其制作方法，其可具有制作工藝簡單、制作難度較小等優點。
發明內容
下面將以若干實施例說明一種超晶格納米器件及其制作方法，其可具有制作工藝簡單、制作難度較小等優點。為實現以上內容，提供一超晶格納米器件，其包括至少一個結構單元，該結構單元包括
一第一電極，其包括一基底及形成在該基底上的一一維納米結構； 一功能層，其位于該基底上并環繞上述一維納米結構；及一第二電極，其與該第一電極電絕緣，且該第二電極環繞上述功能層。
所述一維納米結構包括納米線、納米柱、納米帶。優選的，所述納米線包括半導體納米線。更優選的，所述半導體納米線包括硅納米線。所述功能層可為一單層膜結構。可選的，所述功能層為由兩種或兩種以上薄膜順次排列形成的多層膜結構。更可選的，所述功能層為由兩種或兩種以上薄膜重復排列形成的多層膜結構。所述功能層包括半導體化合物超晶格單層膜結構，IV-IV族、III-V族、II-VI族、 IV-VI族半導體超晶格多層膜結構，鐵磁性-非磁性-鐵磁性、鐵磁性-反鐵磁性-鐵磁性、 鐵磁性-順磁性-鐵磁性超晶格多層膜結構，自旋閥、巨磁阻、龐磁阻結構，及稀磁半導體超晶格多層膜結構。所述第一電極與第二電極是通過一絕緣層實現電絕緣的，該絕緣層位于上述基底之上且環繞該一維納米結構，且該第二電極位于該絕緣層之上。所述絕緣層環繞上述功能層。可選的，所述功能層位于該絕緣層之上。以及，提供一超晶格納米器件的制作方法，其包括以下步驟
提供一基底，該基底上形成一一維納米結構，該基底與該一維納米結構一起作為一第一電極；
在該基底上形成一功能層，該功能層環繞該一維納米結構；
在該基底上形成一絕緣層，該絕緣層位于該基底之上，并且環繞該一維納米結構；
在該絕緣層上形成一第二電極，該第二電極環繞該功能層。所述絕緣層形成在該基底上，并且環繞該功能層。可選的，所述絕緣層形成在該基底上，而該功能層形成在該絕緣層之上。所述一維納米結構的形成方法包括VLS法、模板輔助成長法、氧化物輔助成長法、 離子束濺射沉積法、磁控濺射法(Magnetron Sputtering)、熱化學氣相沉積法(Thermal CVD)、微波輔助等離子體增強化學氣相沉積法(Wave Plasma Enhanced CVD)、電子回旋共振化學氣相沉積法(Electron Cyclotron Resonance CVD, ECRCVD)。所述功能層是通過在該一維納米結構側面形成一薄膜而成的單層膜結構。可選的，所述功能層是通過在該一維納米結構側面順次形成兩種或兩種以上薄膜而成的多層膜結構。更可選的，所述功能層是通過在該一維納米結構側面重復形成兩種或兩種以上薄膜而成的多層膜結構。所述功能層包括半導體化合物超晶格單層膜結構，IV-IV族、III-V族、II-VI族、 IV-VI族半導體超晶格多層膜結構，鐵磁性-非磁性-鐵磁性、鐵磁性-反鐵磁性-鐵磁性、 鐵磁性-順磁性-鐵磁性超晶格多層膜結構，自旋閥、巨磁阻、龐磁阻結構，及稀磁半導體超晶格多層膜結構。所述多層膜結構的形成方法包括分子束外延生長法、熱化學氣相沉積法、脈沖激光沉積法(Pulsed Laser Deposition, PLD)、磁控濺射法、等離子體增強化學氣相沉積法、熱絲化學氣相沉積法(Hot Filament CVD, HFCVD)、金屬有機物化學氣相沉積法 (Metal-Organic CVD, M0CVD)、離子束沉積法(Ion Beam D印osition, IBD)、離子束溉射法 (Ion Beam Sputtering Deposition, IBS)、電子束沉禾只法(Electron Beam Deposition)、 電化學沉禾只法(Electronic Chemical Deposition)。所述第二電極的形成方法包括熱化學氣相沉積法、脈沖激光沉積法、磁控濺射法、 等離子體增強化學氣相沉積法、熱絲化學氣相沉積法、金屬有機物化學氣相沉積法、離子束沉積法、離子束濺射法、電子束沉積法、電化學沉積法。相對于現有技術，本技術方案所提供的超晶格納米器件及其制作方法，由于其是通過在一維納米結構的側面沉積多層膜，可兼容目前較成熟的制作二維超晶格結構的工藝技術，大大降低了其制作難度；且其克服了 VLS生長納米線技術中要求超晶格材料與金屬催化劑之間形成合金或固溶體等問題，進而可制備種類較多的超晶格納米器件。另外，其將超晶格納米結構直接生長在基底上，由于一維納米結構本身的線度，得到的器件本身就是納米量級，繞過了對一維納米結構的操作集成等難點。
圖1是本發明第一實施例的超晶格納米器件結構剖面示意圖。 圖2是本發明第一實施例的超晶格納米器件結構的俯視圖。 圖3是本發明第一實施例的超晶格納米器件中的結構單元剖面示意圖。 圖4是本發明第二實施例的超晶格納米器件結構剖面示意圖。 圖5是本發明第二實施例的超晶格納米器件結構的俯視圖。 圖6是本發明第二實施例的超晶格納米器件中的結構單元剖面示意圖。 圖7(a)是本發明第一實施例的硅基底上形成硅納米線的示意圖。 圖7(b)是本發明第一實施例的硅納米線側面形成一第一薄膜的示意圖。 圖7(c)是本發明第一實施例的第一薄膜側面形成一第二薄膜的示意圖。 圖7(d)是本發明第一實施例的硅基底上形成一絕緣層的示意圖。 圖7(e)是本發明第一實施例的在絕緣層上形成一第二電極的示意圖。 圖8(a)是本發明第二實施例的硅基底上形成硅納米線的示意圖。 圖8(b)是本發明第二實施例的硅基底上形成一絕緣層的示意圖。 圖8(c)是本發明第二實施例的硅納米線側面形成一第一薄膜的示意圖。 圖8(d)是本發明第二實施例的第一薄膜側面形成一第二薄膜的示意圖。
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圖8(e)是本發明第二實施例的在絕緣層上形成一第二電極的示意圖。主要元件符號說明
權利要求
1.一種超晶格納米器件，其包括至少一個結構單元，該結構單元包括一第一電極，其包括一基底及形成在該基底上的一一維納米結構；一功能層，其位于該基底上并環繞上述一維納米結構；及一第二電極，其與該第一電極電絕緣，且該第二電極環繞上述功能層。
2.如權利要求1所述的超晶格納米器件，其特征在于所述一維納米結構包括納米線、 納米柱、納米帶。
3.如權利要求2所述的超晶格納米器件，其特征在于所述納米線包括半導體納米線。
4.如權利要求3所述的超晶格納米器件，其特征在于所述半導體納米線包括硅納米線。
5.如權利要求1所述的超晶格納米器件，其特征在于所述功能層為一單層膜結構。
6.如權利要求1所述的超晶格納米器件，其特征在于所述功能層是由兩種或兩種以上薄膜順次排列或者重復排列而形成的多層膜結構。
7.如權利要求1所述的超晶格納米器件，其特征在于所述功能層包括半導體化合物超晶格單層膜結構，IV-IV族、III-V族、II-VI族、IV-VI族半導體超晶格多層膜結構，鐵磁性-非磁性-鐵磁性、鐵磁性-反鐵磁性-鐵磁性、鐵磁性-順磁性-鐵磁性超晶格多層膜結構，自旋閥、巨磁阻、龐磁阻結構，及稀磁半導體超晶格多層膜結構。
8.如權利要求1所述的超晶格納米器件，其特征在于所述第一電極與第二電極是通過一絕緣層實現電絕緣，該絕緣層位于上述基底上且環繞該一維納米結構，且該第二電極位于該絕緣層之上。
9.如權利要求8所述的超晶格納米器件，其特征在于所述絕緣層環繞上述功能層。
10.如權利要求8所述的超晶格納米器件，其特征在于所述功能層位于該絕緣層之上。
11.一種超晶格納米器件的制作方法，其包括以下步驟提供一基底，在該基底上形成一一維納米結構，該基底與該一維納米結構一起作為一第一電極；在該基底上形成一功能層，該功能層環繞該一維納米結構；在該基底上形成一絕緣層，該絕緣層位于該基底之上，并且環繞該一維納米結構；在該絕緣層上形成一第二電極，該第二電極環繞該功能層。
12.如權利要求11所述的超晶格納米器件的制作方法，其特征在于所述一維納米結構的形成方法包括氣-液-固生長法、模板輔助成長法、氧化物輔助成長法、離子束濺射沉積法、磁控濺射法、熱化學氣相沉積法、微波輔助等離子體增強化學氣相沉積法、電子回旋共振化學氣相沉積法。
13.如權利要求11所述的超晶格納米器件的制作方法，其特征在于所述功能層是通過在該一維納米結構側面形成一薄膜而成的單層膜結構。
14.如權利要求11項所述的超晶格納米器件的制作方法，其特征在于所述單層膜結構及多層膜結構的形成方法包括分子束外延生長法、熱化學氣相沉積法、脈沖激光沉積法、磁控濺射法、等離子體增強化學氣相沉積法、熱絲化學氣相沉積法、金屬有機物化學氣相沉積法、離子束沉積法、離子束濺射法、電子束沉積法、電化學沉積法。
15.如權利要求11所述的超晶格納米器件的制作方法，其特征在于所述第二電極的形成方法包括熱化學氣相沉積法、脈沖激光沉積法、磁控濺射法、等離子體增強化學氣相沉積法、熱絲化學氣相沉積法、金屬有機物化學氣相沉積法、離子束沉積法、離子束濺射法、電子束沉積法、電化學沉積法。
全文摘要
本發明涉及一種超晶格納米器件。該超晶格納米器件包括至少一個結構單元，該結構單元包括一第一電極，其包括一基底及形成在該基底上的一一維納米結構；一功能層，其位于該基底上并環繞上述一維納米結構；及一第二電極，其與該第一電極電絕緣，且該第二電極環繞上述功能層。
文檔編號B82B3/00GK102153047SQ201110053809
公開日2011年8月17日 申請日期2005年4月22日 優先權日2005年4月22日
發明者姚湲, 范守善, 褚衛國 申請人:清華大學, 鴻富錦精密工業(深圳)有限公司