纳米结构阵列材料及其制备方法

纳米结构阵列材料及其制备方法
【专利摘要】本发明纳米结构阵列材料及其制备方法，具体指一种耐高温、抗腐蚀、拥有纳米线阵列的宽禁带半导体4H晶型碳化硅材料及其制备方法，涉及纳米结构阵列材料【技术领域】。本发明包括不同晶型的SiC纳米线，如3C、4H和6H晶型的SiC纳米线，如基于n型重掺杂4H-SiC衬底，通过选择适当的脉冲频率和停留时间对两极施加恒脉冲电流得到均匀介孔阵列，然后适当增大电流正向占宽比与电流密度使得底部孔与衬底脱离，通过剥离手段得到该纳米线阵列。其具有简单可靠，重复率高，纳米线阵列密度高，节省制备成本等优点。在为电力电子和航天航空领域，应用高载流子迁移率，热导率，抗腐蚀，耐高压等优点的碳化硅产品，提供坚实的技术物质基础。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及纳米结构阵列材料【技术领域】，具体指一种耐高温、抗腐蚀、拥有纳米线 阵列的宽禁带半导体4H晶型碳化硅材料及其制备方法。 纳米结构阵列材料及其制备方法

【背景技术】
[0002] 作为第三代半导体的碳化硅材料，具备高载流子迁移率，热导率，抗腐蚀，耐高压 等多项优于第一代半导体的优势，同样纳米结构的碳化硅也具备以上优点，使其有望挑 战第一代纳米结构硅材料在传感器、场发射器件及储能器件上的地位。目前，3C_SiC与 6H_SiC的纳米线可以通过气相法、液相法、固相法制备得到，但是这类晶型的碳化硅在多数 性能上不及4H_SiC，而且通过此类方法难以制得4H晶型、高质量、碳化硅纳米线。所以探索 制备4H-SiC纳米线的方法具有重要的意义。此类方法亦适用于其它材料纳米结构阵列材 料的制备，尤其是不同晶型的SiC纳米线的制备，如3C、4H和6H晶型的SiC纳米线。


【发明内容】

[0003] 本发明的目的在于克服现有技术中4H晶型SiC纳米线阵列难以制备的现状，提出 了一种通过电化学刻蚀和简易剥离手段相结合的方法得到4H晶型SiC纳米线阵列。此方 法同样适用于其它材料的纳米结构阵列材料的制备。
[0004] 本发明一种纳米结构阵列材料，其特点，包含经纳米结构调制再剥离手段得到纳 米材料结构阵列。如一种4H晶型SiC纳米线阵列材料，其特点，包含基于η型重掺杂4H-SiC 衬底，厚度为300?500 μ m，双面抛光，经电化学刻蚀制备得在C面剥离得到的4H晶型SiC 纳米线阵列。
[0005] 其中，所述纳米线线径范围为10_20nm，纳米长度范围为3-5 μ m，单根纳米线结构 为葫芦状纳米线结构，每结葫芦结构纵向长度为5nm，纳米线阵列面积为lcm2的圆形阵列。
[0006] 所述η型重掺杂4H-SiC晶圆片是经过PVT法生长的晶锭经定向、切割、双面抛光， 双面CMP抛光得到的工业化晶片，面积为100cm 2。
[0007] 所述η型重掺杂4H_SiC衬底厚度为320 μ m，最佳纳米线线径在15nm左右，每结葫 芦状部分的纳米线长度在5nm左右，纳米线长度约为5 μ m，刻蚀面积约lcm2圆形刻蚀面。
[0008] 本发明纳米阵列材料的制备方法，实施例包括如下步骤：
[0009] 步骤1，准备重掺杂η型4H-SiC样品。
[0010] 步骤2,将双导铜箔裁剪成面积略小于样品的方形，然后均匀粘附于样品Si面。将 样品固定于刻蚀槽体阳极位置，将钼网阴极至于阳极正上方2cm处。配置氢氟酸49% :乙 醇99% :双氧水30%= 3 :6 :1体积比的混合液作为电解液。设定频率为2500Hz的正向电 流，正向电流100%，电流密度为40mA/cm2,正向占宽比为50%的恒流脉冲，开启电源，时间 为3min，再将正向占宽比提升至100%或者将电流密度提升至80mA/cm 2,时间为30s。
[0011] 步骤3,取出样品将其浸泡于乙醇99%溶液中2min，然后放置于空气待乙醇完全 挥发，通过剥离手段剥离表面薄层，本实施例采用双导铜箔来剥离该层，即获得所述的4H
【权利要求】
1. 一种纳米结构阵列材料，其特征在于，包含不同晶型的SiC纳米线，如3C、4H和6H晶 型的SiC纳米线，如基于η型重掺杂4H-SiC衬底，厚度为300?500 μ m，双面抛光，经电化 学刻蚀法、剥离手段得到的4H晶型SiC纳米线阵列。
2. 如权利要求1所述的纳米结构阵列材料，其特征在于，所述重掺杂η型4H-SiC晶圆 片为经过PVT法生长的晶锭经定向、切割、双面抛光，双面CMP抛光得到的工业化晶片，面积 为 100cm2。
3. 如权利要求1所述的纳米结构阵列材料，其特征在于，所述纳米线晶型为4H，纳米线 线径范围为10_20nm，纳米线长度范围为3-5 μ m，每结葫芦结构纵向长度为5nm，阵列面积 为lcm2圆形阵列，单根纳米线结构为葫芦状结构。
4. 如权利要求1所述的纳米结构阵列材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1，清洗样品氧化层并切割处理； 步骤2,将双导铜箔裁剪成面积为lcm2样品的方形，然后均匀粘附于样品Si面，将样品 固定于刻蚀槽体阳极位置，将钼网阴极至于阳极正上方2cm处； 配置氢氟酸49% :乙醇99% :双氧水30%= 3 :6 :1体积比的混合液作为电解液； 设定频率为2500Hz的正向电流，正向电流100 %，电流密度为40mA/cm2,正向占宽比为 50%的恒流脉冲，开启电源，时间为3min，再将正向占宽比提升至100%或者将电流密度提 升至80mA/cm2,时间为30s ; 步骤3,取出样品将其浸泡于乙醇99%溶液中2min，然后放置于空气待乙醇完全挥发， 通过剥离手段剥离表面薄层，如采用双导铜箔来剥离该层，即获得所述的4H晶型SiC纳米 线阵列。
【文档编号】B81C1/00GK104118843SQ201410356646
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月24日 优先权日:2014年7月24日
【发明者】谈嘉慧, 陈之战, 石旺舟, 何鸿, 张永平 申请人:上海师范大学