专利名称：一种基于核/壳结构硅纳米线组的肖特基二极管的制备方法
技术领域：
本发明涉及半导体材料、纳米器件技术领域，具体地说是ー种基于核/壳结构硅纳米线组的肖特基ニ极管的制备方法。
背景技术：
肖特基ニ极管相对于其他类型的ニ极管而言在很多应用方面具有良好性质(I) 较低的开启电压；(2)较短的回复时间；(3)较低的结电容。肖特基ニ极管作为ニ极管整流器广泛应用于射频混频和探測器、功率整流器、集成电源或电路、太阳能电池和燃料电池
坐寸o硅纳米线是ー维纳米材料的典型代表，它除了具有体硅所具有的性质外，还显示出不同于体硅的场发射、热导率、光致发光等物理性质，在纳米电子器件、光电子器件以及新能源等方面具有巨大的潜在应用价值。更重要的是，由于硅纳米线与现有硅技术具有极好的兼容性进而成为ー维纳米材料领域的一种极有应用潜力的新材料。一般认为具有氧化层的核/壳结构硅纳米线，在核/壳界面存在大量缺陷，这些缺陷会破坏硅纳米线在纳米器件中的应用，限制了电子的传输并且不能保证硅纳米线有效地欧姆接触，要求硅纳米线在应用前期必须经过减小缺陷、分散以及表面氧化层及金属离子处理，才能保证其使用效果。但硅纳米线在空气中极易被氧化，要保证基于硅纳米线的电子器件在空气中的实用性，最有效地方法是实现其与空气的完全隔离，不仅増加了制备エ艺难度，而且也増加了生产成本。因此目前还没有发明出ー种能暴露在空气中，且制备エ艺简单，生产成本小的基于硅纳米线的肖特基ニ极管。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于核/壳结构硅纳米线组的肖特基ニ极管制备方法，以解决现有基于硅纳米线的肖特基ニ极管制备条件苛刻，成本高的问题，提供一种低成本，高重复性，适用于大規模エ业生产的新方法。实现本发明目的的具体技术方案是
一种基于核/壳结构硅纳米线组的肖特基ニ极管制备方法，该方法包括以下具体步
骤
(I)标准RCA清洗步骤清洗硅片(p-Si，双面抛光，〈100〉晶向，电阻率为 0. 1-10 Q Cm)，氮气吹干备用；
RCA标准清洗步骤为
a)DHF溶液室温下清洗10分钟，DHF溶液为浓度为5%的稀释HF水溶液；
b)大量去离子水室温下反复冲洗；
c)SPM 溶液 120 °C清洗 10 分钟,SPM 溶液为 Piranha (Sulfuric Peroxide Mixture,SPM)，具体溶液配置为H2SO4 = H2O2的体积比为
Vh202 · Vh2S04 _ 3 : I ;
d)大量去离子水室温下反复冲洗；
e)APM 溶液 60°C清洗 10 分钟，APM 溶液为 SC-I 清洗液(Hydrochloric Peroxide Mixture, APM)，具体溶液配置为 NH4OH:H2O2:H2O 的体积比为 Vnh4ohH =1:1:5 ；
f)大量去离子水室温下反复冲洗；
g)HPM 溶液 60°C清洗 10 分钟，HPM 溶液为 SC-2 清洗液(Hydrochloric Peroxider Mixture, HPM)，具体溶液配置为 HCl:H2O2:H2O 的体积比为 Vhc1 : Vh202 : Vh20 = 1:1:6 ；
h)大量去离子水室温下反复冲洗；
i)氮气吹干。(2)通过真空蒸镀仪在硅片一面蒸镀Al，在氮气氛围450°C下热退火5 min，形成良好的欧姆接触Al背电极；
(3)用光刻胶旋涂Al背电极面，烘干；
(4)25 mmol L4AgNO3与浓度为40%的氢氟酸混合,形成混合溶液,其25 mmol L4AgNO3 和浓度为40%氢氟酸的体积比为1:1，超声使混合溶液均匀分布；将经清洗的硅片放入混合溶液中，保证光刻胶保护硅面朝下并与混合溶液充分接触，反应10 12分钟，在无光刻胶保护硅面上生长有硅纳米线，其长度〈10 μ m，然后，用大量去离子水冲洗，去除化学试剂残留；用硝酸去除沉积银；大量去离子水冲洗，去除化学试剂残留，鼓风干燥箱烘干；所生长的硅纳米线其硅为核、表面自然氧化层为壳，构成硅纳米线核/壳结构；
(5)将生长有硅纳米线的硅片置于匀胶台旋转，转速为3500rpm，时长为20 S，保证光刻胶充分填充硅纳米线间隙，且硅纳米线尖端能暴露，烘干光刻胶；
(6)采用溅射法在硅纳米线尖端沉积Pt薄膜；将沉积好Pt薄膜的样品置于丙酮溶液中，去除硅纳米线间隙中的光刻胶和背电极保护光刻胶，用去离子水冲洗，去除残留的化学试剂和有机物，鼓风干燥箱烘干，得到基于核/壳结构硅纳米线组的肖特基二极管。所述制备方法都是在常温常压条件下进行的。本发明的突出特点是(I)保留硅纳米线表面氧化层，不需要额外增加工艺步骤去除；(2)肖特基二极管制备方法简单，成本低，高重复性，适用于大规模工业生产；(3)常温常压制备环境，一般实验室设备都能达到要求；(4)制备的肖特基二极管电流传输机制为缺陷辅助隧穿机制，具有优良的整流特性。
图I为本发明核/壳结构硅纳米线透射电子显微镜(TEM)图；其中，左上和左下为相应的选区电子衍射图2中(a)为本发明填涂光刻胶后硅纳米线扫描电子显微镜(SEM)图；(b)为本发明制得的基肖特基二极管结构示意图。图3为不同温度下，本发明制得的肖特基二极管I-V曲线图。
具体实施方式
实施例
I)硅片清洗
取大小为IcmX Icm硅片(p型，双面抛光，〈100〉晶向，电阻率为0. 1-10 Q .cm),用标准RCA清洗步骤清洗硅片氮气吹干备用。2) Al背电极制备
通过真空蒸镀仪在硅片一面蒸镀Al，在氮气氛围450°C下热退火5分钟，形成良好的欧姆接触Al背电极；用光刻胶旋涂Al背电极面，烘干光刻胶，以保护在无电化学刻蚀法制备硅纳米线过程中，背电极不被破坏。3)硅片化学刻蚀溶液配制
配制25 mmolじ1AgNO3，氢氟酸(HF浓度为40%)混合溶液(25 mmolじ1AgNO3和浓度为 40% HF体积比为1:1) 200 mL，超声使混合溶液均匀分布。4)硅片化学刻蚀，制备硅纳米线
硅片在化学刻蚀溶液中发生化学置换反应，硅片表面被刻蚀，形成硅纳米线结构，将硅片放入混合溶液(硅片完全被溶液淹没)，没有光刻胶保护硅面朝上，保证硅面和溶液充分接触，反应时间为12分钟，双面生长的硅纳米线长度在6 8 Pm，这个长度有利于下一歩光刻胶充分填充硅纳米线的间隙，用大量去离子水冲洗，去除化学试剂残留；用硝酸去除沉积银；大量去离子水冲洗，去除化学试剂残留，鼓风干燥箱烘干。传统硅纳米线应用前都需要去除表面氧化层，本发明制备的硅纳米线硅为核、表面自然氧化层为壳，构成硅纳米线核/壳结构。5)将制备好的娃纳米线置于勻胶台，转速度选择为3500 rpm,时长为20 s,保证光刻胶充分填充硅纳米线间隙，且硅纳米线尖端能暴露，烘干光刻胶。6)采用溅射法在硅纳米线尖端沉积Pt薄膜；将沉积好Pt薄膜的样品置于丙酮溶液中，去除硅纳米线间隙中的光刻胶和背电极保护光刻胶，去离子水大量冲洗，去除残留在样品上的化学试剂和有机物，鼓风干燥箱烘干，得到基于核/壳结构硅纳米线组的肖特基 ニ极管。7)硅片的尺寸和硅片化学刻蚀溶液按照上述比例増大，制备生成的基于核/壳结构硅纳米线组的肖特基ニ极管也同比例増大，适用于大規模エ业生产。8)所述制备方法都是在常温常压条件下进行的。
权利要求
1.一种基于核/壳结构硅纳米线组的肖特基二极管制备方法，其特征在于该方法包括以下具体步骤(1)标准RCA清洗步骤清洗硅片，氮气吹干备用；(2)通过真空蒸镀仪在硅片一面蒸镀Al，在氮气氛围450°C下热退火5min，形成良好的欧姆接触Al背电极；(3)用光刻胶旋涂Al背电极面，烘干；(4)25 mmol L4AgNO3与浓度为40%的氢氟酸混合,形成混合溶液,其25 mmol L4AgNO3 和浓度为40%氢氟酸的体积比为1:1，超声使混合溶液均匀分布；将经清洗的硅片放入混合溶液中，保证光刻胶保护硅面朝下并与混合溶液充分接触，反应10 12分钟，在无光刻胶保护硅面上生长有硅纳米线，其长度6 8 μ m，然后，用大量去离子水冲洗，去除化学试剂残留；用硝酸去除沉积银；大量去离子水冲洗，去除化学试剂残留，鼓风干燥箱烘干；所生长的硅纳米线其硅为核、表面自然氧化层为壳，构成硅纳米线核/壳结构；(5)将生长有硅纳米线的硅片置于匀胶台旋转，转速为3500rpm，时长为20 S，保证光刻胶充分填充硅纳米线间隙，且硅纳米线尖端能暴露，烘干光刻胶；(6)采用溅射法在硅纳米线尖端沉积Pt薄膜；将沉积好Pt薄膜的样品置于丙酮溶液中，去除硅纳米线间隙中的光刻胶和背电极保护光刻胶，用去离子水冲洗，去除残留的化学试剂和有机物，鼓风干燥箱烘干，得到基于核/壳结构硅纳米线组的肖特基二极管；其中所述硅片为P-Si，双面抛光，〈100〉晶向，电阻率为O. 1-10Ω .cm。
全文摘要
本发明公开了一种基于核/壳结构硅纳米线的肖特基二极管制备方法，该方法包括硅片清洗、背电极制备、硅纳米线制备、硅纳米线间隙填充及沉积Pt薄膜等步骤；其硅纳米线为核/壳结构，硅为核、表面氧化层为壳，在应用时无需去除表面氧化层，所制备的肖特基二极管电流传输机制为缺陷辅助隧穿机制，具有优良的整流特性，在纳米器件领域和新能源领域具有广阔的应用前景。本发明具有制备方法简单，对环境、成本要求低，高重复性，适用于大规模工业生产。
文档编号H01L21/329GK102592996SQ20121005470
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月5日 优先权日2012年3月5日
发明者严强, 张健, 朱美光, 王志亮, 陈云, 陈雪皎 申请人:华东师范大学