专利名称：一种制备P型SiC纳米线场效应管的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备P型SiC纳米线场效应管的方法，属于材料制备技术领域。
背景技术：
哈佛大学科学家Lieber教授认为“一维体系是可用于电子有效传播及光激发的 最小维度结构，因此可能成为实现纳米器件集成与功能的关键”。据报道，目前国外已有数 家单位研制出的性能较好的基于Si纳米线的纳电子晶体管，这为一维纳米线在纳电子器 件的应用展现了诱人的前景。所以，基于一维纳米结构的器件研发已成为全球科技的研究 热点和焦点。而场效应晶体管，由于其在微电子工业中的重要性，已经成为研究一维纳米结 构电输运性能的主要器件之一，这是因为它的纳米结构可赋予场效应晶体管更为优异的性 能。SiC是继第一代(Si)和第二代(GaAs)半导体材料之后发展起来的第三代半导体 材料。与其传统体材料相比，低维纳米SiC结构具有优异的物理和化学性能，比如高的禁 带宽度、高的临界击穿电场和热导率、小的介电常数和较高的电子饱和迁移率，以及抗辐射 能力强、机械性能好等特性，成为制作高频、大功率、低能耗、耐高温和抗辐射器件的理想材 料。在国内外，对SiC纳米结构的电学性能已有了初步研究，对SiC纳米线场效应管的 研究也取得了一定的成果，但所报道的均为基于SiC纳米线的N型场效应管，而基于P型 SiC纳米线制备的场效应管未见报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种制备基于P型SiC纳米线的场效应管的新 方法。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为该P型SiC纳米线场效应管的制 备方法包括以下具体步骤(1)聚合物前驱体和硝酸铝的混合物热交联固化和粉碎；(2)将粉碎得到的粉末置于Al2O3坩埚的底部，在其上方放置C(碳)基板；(3)将Al2O3坩埚置于气氛烧结炉中，在Ar气氛保护下于1350 1550°C范围内进 行高温热解，保温5 120min ；(4)随炉冷却至室温，由此可在C基板上得到原位掺杂Al的SiC纳米线；(5)将得到的原位掺杂Al的SiC纳米线分散在乙醇溶液里，将此悬浮液旋涂在含 氧化层的硅片上，采用光刻-蒸镀-剥离工艺在SiC纳米线两端分别制作源电极和漏电极， 器件的硅衬底被用作为背栅极。所述步骤(1)中，使用的原料为聚硅氮烷，热交联在气氛烧结炉中进行，工艺为 260°C热解保温30 120min，保护气体为Ar或队，然后球磨粉碎。所述步骤(1)中，硝酸铝含量是聚硅氮烷质量分数的0. 01% 5%。
所述步骤(3)中，所采用的热解设备为石墨电阻气氛烧结炉。所述步骤(5)中，所采用的硅片为N型或P型硅片，氧化层厚度为IOOnm 800nm， 源、漏电极为Ti/Au或Ni/Au或Au或Pt。与现有技术相比，本发明的优点在于与已报道的没有掺杂的SiC纳米线场效应管相比，本发明实现了 P型SiC纳米线 场效应管的制备
图1为本发明SiC场效应管的结构示意图；图2为本发明实施例一所制得的单晶SiC纳米线的扫描电镜(SEM)图；图3为本发明实施例一所制得的单晶SiC纳米线的X衍射(XRD)图；图4为本发明实施例一所制得的单晶SiC纳米线的能谱(EDS)图；图5为本发明实施例一所制得的基于单根SiC纳米线的场效应管的扫描电镜 (SEM)图；图6为本发明实施例一所制得的场效应管在不同的栅电压(Ve)下源漏电流和源 漏电压(Ids-Vds)曲线图；图7为本发明实施例一所制得的场效应管在源漏电压为0. 5V的情况下源漏电流 和栅电压(Ids-Vc)曲线图。
具体实施例方式以下结合附图实施例对本发明作进一步的详细描述。实施例一初始原料选取聚硅氮烷和占其质量分数的硝酸铝混合均勻后，在N2气氛保护 下于^KTC保温30min进行热交联固化。将固化得到的固体装入尼龙树脂球磨罐中，球磨 粉碎成粉末，裁取20 X 6 X 4mm (长X宽X厚)C基板，倾斜置于氧化铝坩埚中，并放在石墨 电阻气氛烧结炉中。气氛炉先抽真空至10 201 ，再充入高纯Ar气(99.99% )，直至压 力为一个大气压( 0. IlMpa)，此后压力恒定。然后以30°C /min的速率从室温快速升温 至1550°C。在1550°C下保温lOmin，然后随炉冷却。在C基板上生长的SiC低维纳米结构 SEM、XRD和EDS如图2 4所示，表明所制备的纳米结构为掺Al的3C_SiC单晶。将得到的 原位掺杂Al的SiC纳米线分散在乙醇溶液里，将此悬浮液旋涂在有300nm氧化层的N型硅 片上，采用光刻-蒸镀-剥离工艺在SiC纳米线两端分别制作Ni/Au (10/200nm)源、漏电极， 此器件的硅衬底可作背栅极，所制得的基于单根SiC纳米线的场效应管的扫描电镜(SEM) 图如图5所示。所制得的场效应管在不同的栅电压(Ve)下源漏电流和源漏电压(Ids-Vds) 曲线如图6所示；制得的场效应管在源漏电压为0. 5V的情况下源漏电流和栅电压(Ilis-Ve) 曲线如图7所示，图6和图7均表明所制得的场效应管的源漏电流随着栅电压的增加而降 低，为P型场效应管。
权利要求
1.一种制备基于P型SiC纳米线的场效应管的新方法，其包括以下具体步骤(1)有机前驱体聚硅氮烷与一定量的硝酸铝的混合物混合均勻后在保护气氛队或Ar 气气氛下，于260°C进行低温交联固化，得到非晶态固体；(2)将非晶态固体在球磨机中进行球磨粉碎；(3)将粉碎得到的粉末置于Al2O3坩埚的底部，在其上方放置C基板；(4)将Al2O3坩埚置于气氛烧结炉中，在Ar气氛保护下于1350 1550°C范围内进行高 温热解，保温5 120min ；(5)随炉冷却至室温，由此可在C基板上得到原位掺杂Al的SiC纳米线；(6)将得到的原位掺杂Al的SiC纳米线分散在乙醇溶液里，将此悬浮液旋涂在有氧化 层的硅片上，采用光刻-蒸镀-剥离工艺在SiC纳米线两端分别制作源电极和漏电极，并以 硅衬底作背栅极。
2.根据权利要求1所述的制备P型SiC纳米线的场效应管的方法，其特征在于所述 步骤(1)中使用的硝酸铝含量是聚硅氮烷质量分数的0.01% 5%。
3.根据权利要求1所述的制备P型SiC纳米线的场效应管的方法，其特征在于所述步 骤(6)中所采用的硅片为N型或P型硅片，氧化层厚度为IOOnm 800nm，源、漏电极为Ti/ Au 或 Ni/Au 或 Au 或 Pt。
全文摘要
一种制备基于P型SiC纳米线的场效应管的新方法，其包括以下具体步骤(1)有机前驱体聚硅氮烷与一定量的硝酸铝混合均匀后在保护气氛N2或Ar气气氛下，于260℃进行低温交联固化，得到非晶态固体，然后球磨粉碎；(2)将粉碎得到的粉末置于Al2O3坩埚的底部，并在其上方放置C基板；(3)将Al2O3坩埚置于气氛烧结炉中，在Ar气氛保护下于1350～1550℃范围内进行高温热解，保温5～120min；(4)随炉冷却至室温，由此可在C基板上得到原位掺杂Al的SiC纳米线；(5)将得到的原位掺杂Al的SiC纳米线分散在乙醇溶液里，将此悬浮液旋涂在有氧化层的硅片上，采用光刻-蒸镀-剥离工艺在SiC纳米线两端分别制作源电极、漏电极，并以硅衬底作背栅极。与已报道的没有掺杂的SiC纳米线场效应管相比，本发明实现了P型SiC纳米线场效应管的制备。
文档编号H01L21/336GK102148160SQ20111002083
公开日2011年8月10日 申请日期2011年1月19日 优先权日2011年1月19日
发明者张新霓, 陈友强 申请人:青岛大学