真空环境中器件图形化制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微纳米器件制备工艺技术领域，尤其涉及在真空环境中器件图形化制备方法。
【背景技术】
[0002]在微纳米尺度器件的研究中，各类异质材料接触界面结构、状态和性质越来越吸引人们的目光，成为纳米器件领域的关注焦点和热点，特别是金属与材料的接触直接关系到载流子的电学输运性能，对器件整体性能起到了至关重要影响作用。
[0003]纳米器件中精细微电极的加工和电极间的绝缘层的制备，不仅仅只是获得尺寸微细的金属电极的导电连通和绝缘保护，更加关注的是制备出重复性好、稳定可靠性高、性能优异的器件，因而对加工工艺有着极为苛刻的要求。
[0004]传统的光刻工艺制备图形化器件不仅工艺复杂，而且容易引入材料表面污染和结构损伤，造成材料的本征物理与化学性质的改变，在一定程度上影响了产品的性能和成品率。如何在不影响样品表面成分、结构能级和物性的原始状态情况下制备出图形化的高质量微电极和相应的绝缘保护层，成为提升研究创新性和突破核心技术的关键问题。
【发明内容】
[0005]本发明提供真空环境中器件图形化制备方法，在真空环境中，利用物理气相沉积方式，与图形化系统互锁联动实现器件图形化制备，其
【发明内容】
如下:
[0006]真空环境中器件图形化制备方法，其中，包括以下步骤:
[0007](I)将衬底置于真空环境中；
[0008](2)在所述衬底上设有用于制备器件图形的掩膜板；
[0009](3)所述掩膜板或所述衬底连接用于移动操作的移动平台；
[0010](4)所述移动平台将掩膜板定位在衬底上；
[0011](5)采用物理气相沉积方式在衬底上沉积器件所需薄膜材料。
[0012]进一步地，步骤(5)中所述物理气相沉积方式为溅射、热蒸发、分子束外延、电子束蒸发、离子镀以及激光脉冲沉积中的一种。
[0013]进一步地，步骤(4)中所述移动平台连接计算机辅助控制系统，所述计算机辅助控制系统用于通过控制移动平台实现掩膜板在衬底上的定位。
[0014]更进一步地，所述掩膜板的定位精度为小于50nm。
[0015]优选地，所述掩膜板呈平整状，掩膜板材料为硅片、玻璃片、石英片、金属片、陶瓷片和有机塑料片中的一种。
[0016]优选地，步骤(5)中所述器件所需薄膜材料为金属或介质。
[0017]更优选地，金属材料为金、银、钛、铜、镍、钨、锌中的一种或多种的复合材料?’绝缘介质材料为氮化硅、氧化硅、氧化铪、氧化铝中的一种或多种。
[0018]优选地，应用所述掩膜板制备出器件图形的最小特征尺寸在亚微米范围。
[0019]本发明还提供复杂器件图形化制备方法，其中采用以上方法制备器件图形，包括以下步骤:
[0020](I)在衬底区域沉积形成第I类器件图形；
[0021](2)在衬底区域沉积形成第2类器件图形；
[0022]......
[0023](η)在衬底区域沉积形成第η类器件图形；
[0024]以上所述第I类、第2类、…、第η类器件图形之间组合、叠加形成复杂器件图形。
[0025]进一步地，所述第η类器件图形，η为大于I的自然数。
[0026]本发明的有益效果:
[0027](I)工艺简单，提高器件制备的性能。
[0028]本发明的真空环境中器件图形化制备方法，避免采用现有复杂的光刻工艺和技术，在真空环境下直接实现器件图形化的制备，保证了器件本征的物理与化学性质，不影响器件表面成分、结构能级和物性的原始状态，提高了器件制备的性能。
[0029](2)避免器件表面污染和防止结构损伤。
[0030]在本发明的真空环境中器件图形化制备方法中，采用计算机辅助控制系统，在真空环境下实现对掩膜板的精确控制和移动，保证了器件在制备过程中的清洁性，从而免除使用现有技术中光刻工艺光敏材料的涂覆和去除所带来的器件表面污染和结构损伤的问题。
[0031](3)制备复杂器件图形，提升器件功能。
[0032]在本发明的真空环境中器件图形化制备方法中，通过不断改变掩膜板上制备图案的形状、尺寸和衬底的相对位置，通过多次沉积，可实现复杂器件图形的制备，比如环形的图案、立体结构图案，器件的复杂程度越大，器件的功能越多。
【附图说明】
[0033]图1为本发明实施例器件图形制备过程的示意图；其中，图1a为所述衬底示意图，图1b为掩膜板定位示意图，图1c为物理气相沉积示意图，图1d为器件图形制备完成示意图。
[0034]图2为本发明实施例复杂器件图形制备过程的示意图；其中，图2a为复杂器件图形制备过程一示意图，图2b为复杂器件图形制备过程二示意图，图2。为复杂器件图形制备完成不意图。
【具体实施方式】
[0035]为了更好地阐述本发明的技术特点和结构，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。
[0036]实施例1
[0037]参阅图1a至图ld，本实施例提供的真空环境中器件图形化制备方法，包括以下步骤:
[0038](I)将衬底110置于真空环境中，衬底110表面为用于制备器件图形122的区域；
[0039](2)在衬底110上设有用于制备器件图形122的掩膜板120，掩膜板120呈平整状，掩膜板120的材料为硅片、玻璃片、石英片、金属片、陶瓷片和有机塑料片中的一种。掩膜板120上还包括用于形成器件图形的制备图案121，所制备的器件图形122可以随制备图案121的改变而改变；
[0040](3)掩膜板120连接用于操作掩膜板120的移动平台(图未示)，或衬底110连接用于操作衬底110的移动平台，使得掩膜板120与衬底110可相对移动，调节掩膜板与衬底的距离。该移动平台由本体、夹具、滑座、工作台、主轴、进给机构等结构组成的三维移动平台或多维移动平台。
[0041](4)移动平台连接计算机辅助控制系统(图未示)，该计算机辅助控制系统包括输入模块、输出模块、多维坐标系等模块。计算机辅助控制系统通过控制移动平台实现掩膜板120的定位，将掩膜板120精确定位在衬底上，掩膜板120上的制备图案121与衬底110上指定的制备区域相对应，其中，掩膜板120的定位精度小于50nm。
[0042](5)采用物理气相沉积方式在衬底110上沉积器件所需薄膜材料，其中，物理气相沉积方式为溅射、热蒸发、分子束外延、电子束蒸发、离子镀以及激光脉冲沉积中的一种；器件所需薄膜材料为金属或介质，金属材料为金、银、钛、铜、镍、钨、锌中的一种或多种的复合材料，介质材料为氮化硅、氧化硅、氧化铪、氧化铝中的一种或多种。
[0043]实施例2
[0044]本实施例如实施例1中所述的制备方法，还提供复杂器件图形化制备方法，包括以下步骤:
[0045](I)在衬底区域沉积形成第I类器件图形；
[0046](2)在衬底区域沉积形成第2类器件图形；
[0047]......
[0048](η)在衬底区域沉积形成第η类器件图形；
[0049]以上第I类、第2类、…、第η类器件图形之间组合、叠加形成复杂器件图形，其中，η为大于I的自然数。
[0050]参阅图2a至2c，本实施例在η等于3的情况下介绍复杂器件图形化制备方法的【具体实施方式】。通过精确移动和控制掩膜板，首先，在衬底110上制备出第I类器件图形123，其次，再制备出第2类器件图形124，最后，通过调整掩膜板上制备图案的大小、形状以及相对位置，可制备出第3类器件图形125，第3类器件图形125的两端分别叠加在第I类器件图形123和第2类器件图形124上，在衬底110上形成复杂器件图形。
[0051]需要说明的是，本实施例的附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0052]本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
【主权项】
1.真空环境中器件图形化制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)将衬底(110)置于真空环境中； (2)在所述衬底(110)上设有用于制备器件图形(122)的掩膜板(120); (3)所述掩膜板(120)或所述衬底(110)连接用于移动操作的移动平台； (4)所述移动平台将掩膜板(120)定位在衬底(110)上； (5)采用物理气相沉积方式在衬底(110)上沉积器件所需薄膜材料。2.根据权利要求1所述的真空环境中器件图形化制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述物理气相沉积方式为溅射、热蒸发、分子束外延、电子束蒸发、离子镀以及激光脉冲沉积中的一种。3.根据权利要求1所述的真空环境中器件图形化制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述移动平台连接计算机辅助控制系统，所述计算机辅助控制系统用于通过控制移动平台实现掩膜板(120)在衬底(110)上的定位。4.根据权利要求3所述的真空环境中器件图形化制备方法，其特征在于，所述掩膜板(120)的定位精度为小于50nm。5.根据权利要求1所述的真空环境中器件图形化制备方法，其特征在于，所述掩膜板(120)呈平整状，掩膜板(120)材料为硅片、玻璃片、石英片、金属片、陶瓷片和有机塑料片中的一种。6.根据权利要求1所述的真空环境中器件图形化制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述器件所需薄膜材料为金属或介质。7.根据权利要求6所述的真空环境中器件图形化制备方法，其特征在于，金属材料为金、银、钛、铜、镍、钨、锌中的一种或多种的复合材料；绝缘介质材料为氮化硅、氧化硅、氧化铪、氧化铝中的一种或多种。8.根据权利要求1所述的真空环境中器件图形化制备方法，其特征在于， 应用所述掩膜板(120)制备出器件图形(122)的最小特征尺寸在亚微米范围。9.如权利要求1至8所述方法的复杂器件图形化制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)在衬底区域沉积形成第I类器件图形； (2)在衬底区域沉积形成第2类器件图形； (η)在衬底区域沉积形成第η类器件图形； 以上所述第I类、第2类、…、第η类器件图形之间组合、叠加形成复杂器件图形。10.根据权利要求9所述的复杂器件图形制备方法，其特征在于，所述第η类器件图形，η为大于I的自然数。
【专利摘要】真空环境中器件图形化制备方法，包括以下步骤：将衬底置于真空环境中；在衬底上设有用于制备器件图形的掩膜板；掩膜板连接用于操作掩膜板的移动平台；移动平台将掩膜板定位在衬底上；采用物理气相沉积方式在衬底上沉积器件材料。本发明还提供复杂器件图形化制备方法，在衬底区域分别沉积形成第1类器件图形、第2类器件图形、…、第n类器件图形，以上第1类、第2类、…、第n类器件图形之间组合、叠加形成复杂器件图形。本发明提供的真空环境中器件图形化制备方法，具有工艺简单、提高器件制备的性能、避免器件表面污染和防止结构损伤的特点，而且，通过多次沉积，可制备复杂器件图形，提升器件功能。
【IPC分类】H01L21/027
【公开号】CN105632899
【申请号】CN201410613579
【发明人】王荣新, 李智
【申请人】中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2014年11月4日