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纳米压印结合定向淀积技术制备硅纳米线传感器研究

作　者: 高晨
导　师: 屈新萍
学　校: 复旦大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 纳米压印 物理气相淀积 纳米线 硅纳米线传感器
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


近年来,纳米压印(NIL)技术由于其比电子束光刻相对低的成本、高产出,以及其高精度,被用在自上而下的半导体纳米线的制备中。然而,以实验室用的纳米压印技术制备极小线宽的线条图形是极具挑战性的工作。本论文将纳米压印技术和定向物理气相淀积(PVD)技术相结合,从而开发出一种定义极小线宽纳米线图形的方法。以这种方法制备出的纳米线的线宽可以通过控制淀积角度和压印深度来方便地进行调节,而且可以远小于原始压印模板图形的线宽。在本文的工作中,利用上述方法,使用同样的模板图形,制备了线宽22纳米至110纳米的硅纳米线。论文还利用上述方法在SOI衬底上制备了线宽为60纳米和90纳米的硅纳米线气体传感器,并对250ppm的二氧化氮气体进行了探测,分别得到了155%和44%的相对灵敏度。论文对本实验室制备的两种纳米线气体传感器的性能进行了比较和分析。实验中发现：对二氧化氮的相对灵敏度,及其与纳米线线宽的关系,都受硅纳米线的制备方法影响。通过分析发现,(主要由刻蚀工艺引起的)表面缺陷很大程度上促进了吸附的NO2造成的表面能级的电离,并且由此解释了干法刻蚀硅制成的硅纳米线传感器灵敏度远高于湿法刻蚀制成的样品和其灵敏度增加远快过纳米线线宽的减小的原因。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-7
第一章 绪论  7-27
  1.1 引言—微电子学、集成电路和纳米线  7-8
  1.2 半导体纳米线的制备方法  8-17
    1.2.1 自下而上方法  9-11
    1.2.2 自上而下方法  11-13
    1.2.3 利用定向淀积的方法制备纳米线或其他纳米图形  13-14
    1.2.4 减小硅纳米线尺寸的研究进展  14-17
  1.3 半导体纳米线的应用  17-21
    1.3.1 传感器  17-18
    1.3.2 发光器件  18
    1.3.3 纳米线场效应晶体管  18-19
    1.3.4 纳米线单电子晶体管  19-20
    1.3.5 存储器  20
    1.3.6 电池、光伏器件、发电机  20-21
  1.4 半导体纳米线化学/生物传感器  21-25
    1.4.1 气体传感器  21-22
    1.4.2 pH和生物传感器  22-25
  1.5 课题的研究意义  25-26
  1.6 论文架构  26-27
第二章 纳米压印以及与纳米线传感器制备工艺基础  27-41
  2.1 引言  27
  2.2 纳米压印模板的制备和压印前的处理  27-30
    2.2.1 纳米压印模板的制备  27-28
    2.2.2 压印模板和衬底的清洗  28-29
    2.2.3 模板表面的抗黏处理  29-30
  2.3 压印工艺  30-33
    2.3.1 纳米压印工艺简介  30-31
    2.3.2 压印胶的性质、旋涂和处理  31-32
    2.3.3 压印工艺  32-33
  2.4 物理气相淀积(PVD)工艺  33-36
    2.4.1 物理气相淀积的基本概念和分类  33
    2.4.2 纳米压印制备纳米线传感器过程中对于PVD工艺的要求  33-36
  2.5 干法刻蚀工艺  36-38
    2.5.1 光刻胶的干法刻蚀  37
    2.5.2 二氧化硅的干法刻蚀  37
    2.5.3 硅的干法刻蚀  37-38
  2.6 硅的湿法刻蚀工艺  38-39
  2.7 小结  39-41
第三章 纳米压印与物理气相淀积相结合的图形转移工艺研究  41-58
  3.1 引言  41-42
  3.2 纳米压印工艺在极小尺寸应用时的难点  42-45
  3.3 纳米压印和物理气相淀积(PVD)的阴影效应制备纳米线条图形研究  45-49
  3.4 工艺参数对纳米线条尺寸的影响研究  49-56
    3.4.1 压印参数优化  49-51
    3.4.2 PVD淀积工艺优化  51-54
    3.4.3 反应离子刻蚀的参数选择  54-56
  3.5 小结  56-58
第四章 双层结构压印和PVD定向淀积结合制备硅纳米线气体传感器及其性能研究  58-66
  4.1 引言  58
  4.2 传感器制备  58-63
    4.2.1 衬底的选取和处理  58-60
    4.2.2 纳米线的制备  60-61
    4.2.3 电极接触的形成  61-62
    4.2.4 制备过程的小结和讨论  62-63
  4.3 气体传感器对NO_2的测试结果  63-65
  4.4 小结  65-66
第五章 硅纳米线气体传感器的性能比较和分析  66-74
  5.1 引言  66-68
    5.1.1 半导体纳米线传感器灵敏度的基本理论  66-67
    5.1.2 硅纳米线对二氧化氮的响应机理  67-68
  5.2 基于三层结构纳米压印和湿法腐蚀工艺制备的硅纳米线气体传感器的测试和分析  68-70
  5.3 不同制备工艺、尺寸、掺杂浓度的硅纳米线传感器灵敏度的比较和分析  70-72
  5.4 小结  72-74
第六章 硅纳米线pH传感器工艺流程设计  74-81
  6.1 引言  74
  6.2 硅纳米线pH值传感器的结构和工艺流程的设计  74-76
  6.3 无需高精度套准的硅纳米线pH传感器结构和工艺的设计  76-80
    6.3.1 对现有工艺条件限制的分析  77-78
    6.3.2 改进的硅纳米线传感器结构和工艺流程  78-80
  6.4 小结  80-81
第七章 总结和展望  81-83
  7.1 全文总结  81-82
  7.2 未来工作的展望  82-83
参考文献  83-91
攻读硕士期间发表论文和申请专利  91-92
致谢  92-93

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器
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