专利名称：一种基于ZnO纳米线的整流二极管的制作方法
技术领域：
本发明涉及化合物半导体材料、器件领域，具体涉及一种基于ZnO纳米线的整流二极管 的制作方法。
背景技术：
ZnO是一种II 一 VI族直接带隙的新型多功能化合物半导体材料，被称为第三代宽禁带半 导体材料。ZnO晶体为纤锌矿结构，禁带宽度约为3.37eV，激子束缚能约为60meV。 ZnO具备 半导体、光电、压电、热电、气敏和透明导电等特性，在传感、声、光、电等诸多领域有着 广阔的潜在应用价值。
近年来，对ZnO材料和器件的研究受到广泛关注。研究范围涵盖了ZnO体单晶、薄膜、量 子线、量子点等材料的生长和特性以及ZnO传感器、透明电极、压敏电阻、太阳能电池窗口 、表面声波器件、探测器及发光二极管(Light-emitting Diodes,縮写LED)等器件的制备 和研究方面。目前，已形成多种方法用于ZnO材料的生长，并且研制出若干种类的ZnO器件及 传感器，但是P型ZnO材料的生长，ZnO纳米器件的制备及应用等问题依然需要深入和系统的 研究。
ZnO是目前拥有纳米结构和特性最为丰富的材料，已实现的纳米结构包括纳米线、纳米 带、纳米环、纳米梳、纳米管等等。其中， 一维纳米线由于材料的细微化，比表面积增加， 具有常规体材料所不具备的表面效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应，晶体质 量更好，载流子的运输性能更为优越。 一维纳米线不仅可以实现基本的纳米尺度元器件(如 激光器、传感器、场效应晶体管、发光二极管、逻辑线路、自旋电子器件以及量子计算机等 )，而且还能用来连接各种纳米器件，可望在单一纳米线上实现具有复杂功能的电子、光子 及自旋信息处理器件。
一方面，随着纳米科技的发展，其研究将逐渐从纳米材料向纳米器件、电路及应用领域 发展。利用纳米材料的材料性能，实现新型纳米器件是一个重要研究方向。另一方面，整流 二极管作为电路的一种必要基本器件，现已能够制作出微米量级的二极管，但是纳米量级的 整流二极管还处于初步研究阶段，其工作机理和制作方法仍待于深入研究。
由于ZnO材料内存在氧空位和锌间隙缺陷，呈现N型导电特性，P型ZnO材料较难生长，所以ZnO同质PN结较难实现。因此利用ZnO和大于ZnO功函数的金属之间功函数的差异(例如， Zn0功函数为4.4eV，而Au功函数为5. 3eV)，当大于ZnO功函数的金属与ZnO接触时，由于金 属的功函数大于半导体的功函数，即金属的费米能级低于半导体的费米能级，因此电子从半 导体流向金属，在半导体表面形成正的空间电荷区，能带向上弯曲，形成肖特基势垒。
利用上述特点，制作出基于ZnO纳米线的整流二极管，这种有别于经典PN结二极管的整 流特点为今后制作纳米量级整流二极管器件带来了新的思路；同时由于ZnO材料拥有多种优 越性能，基于ZnO纳米线的整流二极管在纳米光电子学和电子学、生物传感等领域具有潜在 应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于ZnO纳米线的整流二极管的制作方法。 为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为 一种基于ZnO纳米线的整流二极管的制 作方法，其制作方法步骤如下
(1) 在衬底的正面生长介质；
(2) 在介质上面制作ZnO纳米线定位标记；
(3) 将ZnO纳米线转移并淀积在介质；
(4) 利用定位标记对ZnO纳米线进行定位；
(5) 在介质上制作电极，且与ZnO纳米线相连。
上述步骤(1)中生长介质是利用等离子体辅助化学气相沉积技术PECVD，在P— - Si器 件衬底的正面生长Si02作为介质。
上述步骤(2)制作ZnO纳米线定位标记的过程如下在P— - Si器件衬底的正面依次进 行光刻定位标记图形、蒸发金属、金属剥离，形成周期性排列的十字型标记，为后续的ZnO 纳米线定位工艺提供十字型定位标记。
上述步骤(3)将ZnO纳米线转移并淀积的过程如下将ZnO纳米线材料浸泡于异丙酮溶 液中，采用超声降解技术，使纳米线从生长衬底表面脱落，悬浮于异丙酮溶液；将含有ZnO 纳米线的异丙酮溶液滴于 + - Si器件衬底的正面，完成ZnO纳米线的转移和淀积。
上述步骤(4)中对ZnO纳米线进行定位是在高倍显微镜下，观察ZnO纳米线，利用 十字型标记，为后续光刻工艺提供ZnO纳米线的准确位置。
上述步骤(5)中电极是在介质上依次进行光刻电极图形，蒸发功函数大于ZnO功函数的 金属、金属剥离制得的，制得的电极与ZnO纳米线相连，得到整流二极管。
与现有技术相比，本发明技术方案产生的有益效果如下
5本发明利用N型ZnO纳米线材料和大于ZnO功函数的金属之间的势垒，制作出基于ZnO纳米 线的整流二极管，这种有别于经典PN结二极管的整流特点为今后制作纳米量级整流二极管器 件带来了新的思路；同时由于ZnO材料拥有多种优越性能，基于ZnO纳米线的整流二极管在纳 米光电子学和电子学、生物传感等领域具有潜在应用价值。
图l为本发明制作方法的流程图2为使用本发明制作出来的整流二极管结构示意图3为使用本发明制作出来的整流二极管的整流特性测试曲线。
附图标记
l-衬底，2-介质，3-Zn0纳米线，4-电极。
具体实施例方式
下面结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
参见图1和图2， 一种基于ZnO纳米线的整流二极管的制作方法，其制作方法步骤如下
(1) 在P— - Si器件衬底l的正面利用等离子体辅助化学气相沉积技术PECVD生长Si02， 作为介质2;
(2) 在P— - Si器件衬底l的正面依次进行光刻定位标记图形、蒸发金属、金属剥离， 形成周期性排列的ZnO纳米线十字型标记，为后续的ZnO纳米线定位工艺提供十字型定位标记
(3) 将ZnO纳米线材料浸泡于异丙酮溶液中，采用超声降解技术，使纳米线从生长衬底 表面脱落，悬浮于异丙酮溶液；将含有2!!0纳米线的异丙酮溶液滴于 + - Si器件衬底的正面 ，完成ZnO纳米线的转移和淀积；
(4) 在高倍显微镜或者更高级的电子扫描显微镜SEM下，观察ZnO纳米线，利用十字型 标记，为后续光刻工艺提供ZnO纳米线的准确位置；
(5) 在介质上依次进行光刻电极图形，蒸发金属Au、金属剥离制得电极，制得的电极 与ZnO纳米线相连，得到整流二极管。
参见图3，图3为使用本发明制作出来的整流二极管的整流特性测试曲线，其测试条件为 :电极之间加扫描电压(-20V 15V)，横轴为电压，纵轴为电流。测试结果显示，在负电 压作用下，反向电流很小；随着正向电压增加到一定数值，电流随电压迅速增加。表明该器 件具有整流二极管特性，在纳米量级的电子学和光电子学领域具有应用前景。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围 之内。
权利要求
1.一种基于ZnO纳米线的整流二极管的制作方法，其特征在于制作方法步骤如下(1)在衬底的正面生长介质；(2)在介质上面制作ZnO纳米线定位标记；(3)将ZnO纳米线转移并淀积在介质上；(4)利用定位标记对ZnO纳米线进行定位；(5)在介质上制作电极，且与ZnO纳米线相连。
2.如权利要求l所述的基于ZnO纳米线的整流二极管的制作方法，其特征在于所述步骤(1) 中生长介质是利用等离子体辅助化学气相沉积技术PECVD，在P— - Si器件衬底的正面 生长Si02作为介质。
3.如权利要求l所述的基于ZnO纳米线的整流二极管的制作方法，其特征在于所述步骤(2) 制作ZnO纳米线定位标记的过程如下在P— - Si器件衬底的正面依次进行光刻定位标 记图形、蒸发金属、金属剥离，形成周期性排列的十字型标记，为后续的ZnO纳米线定位工 艺提供十字型定位标记。
4.如权利要求l所述的基于ZnO纳米线的整流二极管的制作方法，其特征在于所述步骤(3) 将ZnO纳米线转移并淀积的过程如下将ZnO纳米线材料浸泡于异丙酮溶液中，采用超 声降解技术，使纳米线从生长衬底表面脱落，悬浮于异丙酮溶液；将含有ZnO纳米线的异丙 酮溶液滴于？+ - Si器件衬底的正面，完成ZnO纳米线的转移和淀积。
5.如权利要求l所述的基于ZnO纳米线的整流二极管的制作方法，其特征在于所述步骤(4) 中对ZnO纳米线进行定位是在高倍显微镜下，观察ZnO纳米线，利用十字型标记，为后续光刻工艺提供ZnO纳米线的准确位置。
6.如权利要求l所述的基于ZnO纳米线的整流二极管的制作方法，其特征在于所述步骤 (5)中电极是在介质上依次进行光刻电极图形、蒸发功函数大于ZnO功函数的金属、金属剥 离制得的，制得的电极与ZnO纳米线相连，得到整流二极管。
全文摘要
本发明涉及化合物半导体材料、器件技术领域的一种基于ZnO纳米线的整流二极管的制作方法。本发明提供一种基于ZnO纳米线的整流二极管的制作方法，其步骤包括生长介质、制作ZnO纳米线定位标记、将ZnO纳米线转移并淀积在介质上、对ZnO纳米线进行定位、制作电极。本发明利用ZnO纳米线材料特性，经过上述工艺流程，制作出有别于传统PN结二极管整流特性的基于ZnO纳米线的整流二极管，基于ZnO纳米线的整流二极管在纳米光电子学和电子学、生物传感等领域具有潜在应用价值，本发明为以后制作纳米量级整流二极管器件带来了新的思路。
文档编号B82B3/00GK101540284SQ20091030176
公开日2009年9月23日 申请日期2009年4月23日 优先权日2009年4月23日
发明者张海英, 徐静波 申请人:中国科学院微电子研究所