专利名称：超晶格纳米器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米器件。
背景技术：
纳米科学与技术是目前一个蓬勃发展的研究领域，其主要研究由尺寸在 0.广IOOnm之间的物质组成的体系的运动规律及相互作用，以及可能的实际应用中的技术问题。通常将纳米科学与技术所涉及到的处于纳米尺度量级的材料称为纳米材料。按照材料本身的形貌，纳米材料还可以分为二维纳米材料，如纳米薄膜、量子阱；一维纳米材料，如纳米线、纳米柱、纳米带；以及零维纳米材料，如纳米团簇、量子点。随着维度的降低，纳米材料显示出许多不同于块体材料的性质，比如，较高的杨氏模量、能隙展宽现象、单电子效应以及热传导降低等等。其中，二维纳米材料中非常重要的一个体系就是超晶格材料，也是最早开始被研究及应用的人工剪切纳米材料。超晶格是由两种或多种不同掺杂、不同组分的半导体超薄层交替叠合生长在基底上，并且在其外延方向上形成附加一维周期的人造结构。该超晶格材料主要有 III-V 族(如 GaAs/AlGaAs)，II-VI 族(如 ZnSe/ZnCdSe)，IV-IV 族(如 Si/ GeSi)等半导体材料；其生长制备手段大多为分子束外延(Molecular Beam Epitaxy,以下简称MBE)，或化学气相沉积(Chemical Vapor D印osition，以下简称CVD)等发展比较成熟的技术。这些半导体超晶格材料主要用于新型发光器件及光学传感器。随着超晶格材料在纳米器件中应用的不断深入，目前在一维纳米材料纳米线中引入了超晶格结构，以扩充纳米线的功能；如Si/GeSi，GaAs/GaP，InP/InAs，ZnO/InZnO等半导体超晶格纳米线材料，这些半导体超晶格纳米线材料均是以金(Au)颗粒或其它金属作为催化剂，利用气-液-固(Vapor-Liquid-Solid，以下简称VLS)生长法在制备纳米线的同时得到串联型超晶格结构，即生长出的纳米线由两种或两种以上材料交替叠合而成。但是， 这种利用VLS生长方法制备的串联型超晶格纳米线结构存在以下缺陷
1.由于在纳米线的生长过程中需要半导体材料能与催化剂颗粒(通常是金属，如Au) 在高温下形成合金或者固溶体，这就限制了半导体材料的选择范围，或者为了制备某种超晶格材料必须寻找特殊的金属催化剂；从而导致一些很有应用价值的二维超晶格材料难以应用在超晶格纳米线材料上面。2.串联型超晶格纳米线结构之制作方法，目前主要是采用VLS生长方法，其难以利用已有的二维超晶格材料制备技术；且VLS生长串联型超晶格纳米时需要精确控制各个材料的生长高度，控制难度较大；因此，这在很大程度上增加了超晶格纳米线的制备难度。并且在制作超晶格纳米器件的制作时，需要额外的工艺将串联型超晶格纳米线结构集成在硅基底上以制作器件；其中，额外的工艺包括纳米线的定位、操纵以及集成等。然而，到目前为止，对纳米线的定位、操纵以及集成等方面的技术尚不够成熟。综上所述，串联型超晶格纳米线结构并非一具有实用性的理想的超晶格结构；进而使得目前难以获取制作工艺成熟的具有超晶纳米线结构之超晶格纳米器件。
有鉴于此，有必要提供一种超晶格纳米器件及其制作方法，其可具有制作工艺简单、制作难度较小等优点。
发明内容
下面将以若干实施例说明一种超晶格纳米器件及其制作方法，其可具有制作工艺简单、制作难度较小等优点。为实现以上内容，提供一超晶格纳米器件，其包括至少一个结构单元，该结构单元包括
一第一电极，其包括一基底及形成在该基底上的一一维纳米结构； 一功能层，其位于该基底上并环绕上述一维纳米结构；及一第二电极，其与该第一电极电绝缘，且该第二电极环绕上述功能层。
所述一维纳米结构包括纳米线、纳米柱、纳米带。优选的，所述纳米线包括半导体纳米线。更优选的，所述半导体纳米线包括硅纳米线。所述功能层可为一单层膜结构。可选的，所述功能层为由两种或两种以上薄膜顺次排列形成的多层膜结构。更可选的，所述功能层为由两种或两种以上薄膜重复排列形成的多层膜结构。所述功能层包括半导体化合物超晶格单层膜结构，IV-IV族、III-V族、II-VI族、 IV-VI族半导体超晶格多层膜结构，铁磁性-非磁性-铁磁性、铁磁性-反铁磁性-铁磁性、 铁磁性-顺磁性-铁磁性超晶格多层膜结构，自旋阀、巨磁阻、庞磁阻结构，及稀磁半导体超晶格多层膜结构。所述第一电极与第二电极是通过一绝缘层实现电绝缘的，该绝缘层位于上述基底之上且环绕该一维纳米结构，且该第二电极位于该绝缘层之上。所述绝缘层环绕上述功能层。可选的，所述功能层位于该绝缘层之上。以及，提供一超晶格纳米器件的制作方法，其包括以下步骤
提供一基底，该基底上形成一一维纳米结构，该基底与该一维纳米结构一起作为一第一电极；
在该基底上形成一功能层，该功能层环绕该一维纳米结构；
在该基底上形成一绝缘层，该绝缘层位于该基底之上，并且环绕该一维纳米结构；
在该绝缘层上形成一第二电极，该第二电极环绕该功能层。所述绝缘层形成在该基底上，并且环绕该功能层。可选的，所述绝缘层形成在该基底上，而该功能层形成在该绝缘层之上。所述一维纳米结构的形成方法包括VLS法、模板辅助成长法、氧化物辅助成长法、 离子束溅射沉积法、磁控溅射法(Magnetron Sputtering)、热化学气相沉积法(Thermal CVD)、微波辅助等离子体增强化学气相沉积法(Wave Plasma Enhanced CVD)、电子回旋共振化学气相沉积法(Electron Cyclotron Resonance CVD, ECRCVD)。所述功能层是通过在该一维纳米结构侧面形成一薄膜而成的单层膜结构。可选的，所述功能层是通过在该一维纳米结构侧面顺次形成两种或两种以上薄膜而成的多层膜结构。更可选的，所述功能层是通过在该一维纳米结构侧面重复形成两种或两种以上薄膜而成的多层膜结构。所述功能层包括半导体化合物超晶格单层膜结构，IV-IV族、III-V族、II-VI族、 IV-VI族半导体超晶格多层膜结构，铁磁性-非磁性-铁磁性、铁磁性-反铁磁性-铁磁性、 铁磁性-顺磁性-铁磁性超晶格多层膜结构，自旋阀、巨磁阻、庞磁阻结构，及稀磁半导体超晶格多层膜结构。所述多层膜结构的形成方法包括分子束外延生长法、热化学气相沉积法、脉冲激光沉积法(Pulsed Laser Deposition, PLD)、磁控溅射法、等离子体增强化学气相沉积法、热丝化学气相沉积法(Hot Filament CVD, HFCVD)、金属有机物化学气相沉积法 (Metal-Organic CVD, M0CVD)、离子束沉积法(Ion Beam D印osition, IBD)、离子束溉射法 (Ion Beam Sputtering Deposition, IBS)、电子束沉禾只法(Electron Beam Deposition)、 电化学沉禾只法(Electronic Chemical Deposition)。所述第二电极的形成方法包括热化学气相沉积法、脉冲激光沉积法、磁控溅射法、 等离子体增强化学气相沉积法、热丝化学气相沉积法、金属有机物化学气相沉积法、离子束沉积法、离子束溅射法、电子束沉积法、电化学沉积法。相对于现有技术，本技术方案所提供的超晶格纳米器件及其制作方法，由于其是通过在一维纳米结构的侧面沉积多层膜，可兼容目前较成熟的制作二维超晶格结构的工艺技术，大大降低了其制作难度；且其克服了 VLS生长纳米线技术中要求超晶格材料与金属催化剂之间形成合金或固溶体等问题，进而可制备种类较多的超晶格纳米器件。另外，其将超晶格纳米结构直接生长在基底上，由于一维纳米结构本身的线度，得到的器件本身就是纳米量级，绕过了对一维纳米结构的操作集成等难点。
图1是本发明第一实施例的超晶格纳米器件结构剖面示意图。 图2是本发明第一实施例的超晶格纳米器件结构的俯视图。 图3是本发明第一实施例的超晶格纳米器件中的结构单元剖面示意图。 图4是本发明第二实施例的超晶格纳米器件结构剖面示意图。 图5是本发明第二实施例的超晶格纳米器件结构的俯视图。 图6是本发明第二实施例的超晶格纳米器件中的结构单元剖面示意图。 图7(a)是本发明第一实施例的硅基底上形成硅纳米线的示意图。 图7(b)是本发明第一实施例的硅纳米线侧面形成一第一薄膜的示意图。 图7(c)是本发明第一实施例的第一薄膜侧面形成一第二薄膜的示意图。 图7(d)是本发明第一实施例的硅基底上形成一绝缘层的示意图。 图7(e)是本发明第一实施例的在绝缘层上形成一第二电极的示意图。 图8(a)是本发明第二实施例的硅基底上形成硅纳米线的示意图。 图8(b)是本发明第二实施例的硅基底上形成一绝缘层的示意图。 图8(c)是本发明第二实施例的硅纳米线侧面形成一第一薄膜的示意图。 图8(d)是本发明第二实施例的第一薄膜侧面形成一第二薄膜的示意图。
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图8(e)是本发明第二实施例的在绝缘层上形成一第二电极的示意图。主要元件符号说明
权利要求
1.一种超晶格纳米器件，其包括至少一个结构单元，该结构单元包括一第一电极，其包括一基底及形成在该基底上的一一维纳米结构；一功能层，其位于该基底上并环绕上述一维纳米结构；及一第二电极，其与该第一电极电绝缘，且该第二电极环绕上述功能层。
2.如权利要求1所述的超晶格纳米器件，其特征在于所述一维纳米结构包括纳米线、 纳米柱、纳米带。
3.如权利要求2所述的超晶格纳米器件，其特征在于所述纳米线包括半导体纳米线。
4.如权利要求3所述的超晶格纳米器件，其特征在于所述半导体纳米线包括硅纳米线。
5.如权利要求1所述的超晶格纳米器件，其特征在于所述功能层为一单层膜结构。
6.如权利要求1所述的超晶格纳米器件，其特征在于所述功能层是由两种或两种以上薄膜顺次排列或者重复排列而形成的多层膜结构。
7.如权利要求1所述的超晶格纳米器件，其特征在于所述功能层包括半导体化合物超晶格单层膜结构，IV-IV族、III-V族、II-VI族、IV-VI族半导体超晶格多层膜结构，铁磁性-非磁性-铁磁性、铁磁性-反铁磁性-铁磁性、铁磁性-顺磁性-铁磁性超晶格多层膜结构，自旋阀、巨磁阻、庞磁阻结构，及稀磁半导体超晶格多层膜结构。
8.如权利要求1所述的超晶格纳米器件，其特征在于所述第一电极与第二电极是通过一绝缘层实现电绝缘，该绝缘层位于上述基底上且环绕该一维纳米结构，且该第二电极位于该绝缘层之上。
9.如权利要求8所述的超晶格纳米器件，其特征在于所述绝缘层环绕上述功能层。
10.如权利要求8所述的超晶格纳米器件，其特征在于所述功能层位于该绝缘层之上。
11.一种超晶格纳米器件的制作方法，其包括以下步骤提供一基底，在该基底上形成一一维纳米结构，该基底与该一维纳米结构一起作为一第一电极；在该基底上形成一功能层，该功能层环绕该一维纳米结构；在该基底上形成一绝缘层，该绝缘层位于该基底之上，并且环绕该一维纳米结构；在该绝缘层上形成一第二电极，该第二电极环绕该功能层。
12.如权利要求11所述的超晶格纳米器件的制作方法，其特征在于所述一维纳米结构的形成方法包括气-液-固生长法、模板辅助成长法、氧化物辅助成长法、离子束溅射沉积法、磁控溅射法、热化学气相沉积法、微波辅助等离子体增强化学气相沉积法、电子回旋共振化学气相沉积法。
13.如权利要求11所述的超晶格纳米器件的制作方法，其特征在于所述功能层是通过在该一维纳米结构侧面形成一薄膜而成的单层膜结构。
14.如权利要求11项所述的超晶格纳米器件的制作方法，其特征在于所述单层膜结构及多层膜结构的形成方法包括分子束外延生长法、热化学气相沉积法、脉冲激光沉积法、磁控溅射法、等离子体增强化学气相沉积法、热丝化学气相沉积法、金属有机物化学气相沉积法、离子束沉积法、离子束溅射法、电子束沉积法、电化学沉积法。
15.如权利要求11所述的超晶格纳米器件的制作方法，其特征在于所述第二电极的形成方法包括热化学气相沉积法、脉冲激光沉积法、磁控溅射法、等离子体增强化学气相沉积法、热丝化学气相沉积法、金属有机物化学气相沉积法、离子束沉积法、离子束溅射法、电子束沉积法、电化学沉积法。
全文摘要
本发明涉及一种超晶格纳米器件。该超晶格纳米器件包括至少一个结构单元，该结构单元包括一第一电极，其包括一基底及形成在该基底上的一一维纳米结构；一功能层，其位于该基底上并环绕上述一维纳米结构；及一第二电极，其与该第一电极电绝缘，且该第二电极环绕上述功能层。
文档编号B82B3/00GK102153047SQ201110053809
公开日2011年8月17日 申请日期2005年4月22日 优先权日2005年4月22日
发明者姚湲, 范守善, 褚卫国 申请人:清华大学, 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司