[发明专利]一种制备P型SiC纳米线场效应管的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备P型SiC纳米线场效应管的方法，属于材料制备技术领域。

技术背景

哈佛大学科学家Lieber教授认为：“一维体系是可用于电子有效传播及光激发的最小维度结构，因此可能成为实现纳米器件集成与功能的关键”。据报道，目前国外已有数家单位研制出的性能较好的基于Si纳米线的纳电子晶体管，这为一维纳米线在纳电子器件的应用展现了诱人的前景。所以，基于一维纳米结构的器件研发已成为全球科技的研究热点和焦点。而场效应晶体管，由于其在微电子工业中的重要性，已经成为研究一维纳米结构电输运性能的主要器件之一，这是因为它的纳米结构可赋予场效应晶体管更为优异的性能。

SiC是继第一代(Si)和第二代(GaAs)半导体材料之后发展起来的第三代半导体材料。与其传统体材料相比，低维纳米SiC结构具有优异的物理和化学性能，比如高的禁带宽度、高的临界击穿电场和热导率、小的介电常数和较高的电子饱和迁移率，以及抗辐射能力强、机械性能好等特性，成为制作高频、大功率、低能耗、耐高温和抗辐射器件的理想材料。

在国内外，对SiC纳米结构的电学性能已有了初步研究，对SiC纳米线场效应管的研究也取得了一定的成果，但所报道的均为基于SiC纳米线的N型场效应管，而基于P型SiC纳米线制备的场效应管未见报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种制备基于P型SiC纳米线的场效应管的新方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该P型SiC纳米线场效应管的制备方法包括以下具体步骤：

(1)聚合物前驱体和硝酸铝的混合物热交联固化和粉碎；

(2)将粉碎得到的粉末置于Al₂O₃坩埚的底部，在其上方放置C(碳)基板；

(3)将Al₂O₃坩埚置于气氛烧结炉中，在Ar气氛保护下于1350～1550℃范围内进行高温热解，保温5～120min；

(4)随炉冷却至室温，由此可在C基板上得到原位掺杂Al的SiC纳米线；

(5)将得到的原位掺杂Al的SiC纳米线分散在乙醇溶液里，将此悬浮液旋涂在含氧化层的硅片上，采用光刻-蒸镀-剥离工艺在SiC纳米线两端分别制作源电极和漏电极，器件的硅衬底被用作为背栅极。

所述步骤(1)中，使用的原料为聚硅氮烷，热交联在气氛烧结炉中进行，工艺为260℃热解保温30～120min，保护气体为Ar或N₂，然后球磨粉碎。

所述步骤(1)中，硝酸铝含量是聚硅氮烷质量分数的0.01％～5％。

所述步骤(3)中，所采用的热解设备为石墨电阻气氛烧结炉。

所述步骤(5)中，所采用的硅片为N型或P型硅片，氧化层厚度为100nm～800nm，源、漏电极为Ti/Au或Ni/Au或Au或Pt。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

与已报道的没有掺杂的SiC纳米线场效应管相比，本发明实现了P型SiC纳米线场效应管的制备

附图说明

图1为本发明SiC场效应管的结构示意图；

图2为本发明实施例一所制得的单晶SiC纳米线的扫描电镜(SEM)图；

图3为本发明实施例一所制得的单晶SiC纳米线的X衍射(XRD)图；

图4为本发明实施例一所制得的单晶SiC纳米线的能谱(EDS)图；

图5为本发明实施例一所制得的基于单根SiC纳米线的场效应管的扫描电镜(SEM)图；

图6为本发明实施例一所制得的场效应管在不同的栅电压(V_G)下源漏电流和源漏电压(I_DS-V_DS)曲线图；

图7为本发明实施例一所制得的场效应管在源漏电压为0.5V的情况下源漏电流和栅电压(I_DS-V_G)曲线图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步的详细描述。

实施例一

初始原料选取聚硅氮烷和占其1％质量分数的硝酸铝混合均匀后，在N₂气氛保护下于260℃保温30min进行热交联固化。将固化得到的固体装入尼龙树脂球磨罐中，球磨粉碎成粉末，裁取20×6×4mm(长×宽×厚)C基板，倾斜置于氧化铝坩埚中，并放在石墨电阻气氛烧结炉中。气氛炉先抽真空至10～20Pa，再充入高纯Ar气(99.99％)，直至压力为一个大气压(～0.11Mpa)，此后压力恒定。然后以30℃/min的速率从室温快速升温至1550℃。在1550℃下保温10min，然后随炉冷却。在C基板上生长的SiC低维纳米结构SEM、XRD和EDS如图2～4所示，表明所制备的纳米结构为掺Al的3C-SiC单晶。将得到的原位掺杂Al的SiC纳米线分散在乙醇溶液里，将此悬浮液旋涂在有300nm氧化层的N型硅片上，采用光刻-蒸镀-剥离工艺在SiC纳米线两端分别制作Ni/Au(10/200nm)源、漏电极，此器件的硅衬底可作背栅极，所制得的基于单根SiC纳米线的场效应管的扫描电镜(SEM)图如图5所示。所制得的场效应管在不同的栅电压(V_G)下源漏电流和源漏电压(I_DS-V_DS)曲线如图6所示；制得的场效应管在源漏电压为0.5V的情况下源漏电流和栅电压(I_DS-V_G)曲线如图7所示，图6和图7均表明所制得的场效应管的源漏电流随着栅电压的增加而降低，为P型场效应管。