[实用新型]一种纳米器件电学测试用钨探针的制备装置

说明书

技术领域

本发明主要涉及通过电化学腐蚀法制备纳米器件电学测试用的钨探针的方法及制备装置。

背景技术

随着半导体集成电路集成度的提高，器件尺寸不断缩小，目前主流半导体晶体管已经达到了22纳米的特征尺寸。为了测量单个小尺寸器件的电学特性，需要与器件接触的金属探针直径足够小。特别地，晶体管是四端器件，在测量时，在很小的区域内需要四根金属探针仍然有足够的空间移动自由，这就需要金属探针的长径比（长度/直径）足够大。例如长径比小（3:1）的探针，在小区域移动过程中，会碰到其它金属探针，造成短路，从而无法进行正常的电学测量。

目前制备钨针尖的主流方法电化学腐蚀法。各种不同的电化学腐蚀法已经被发现，例如，在美国专利US 5630932或者西南大学学报在2011年5月第5期第33卷崔庆国等人发表的《利用下端腐蚀法制备纳米级STM探针》论文中。电化学腐蚀技术通常依赖于将要制备的探针钨丝浸入电解液中，并在同样位于电解液的阴极电极（通常是不锈钢）与钨丝之间施加电压。在施加电压时，钨丝位于电解液和空气之间的边界层随着时间的推移逐渐脱落，直到此部分变得非常细的时候，仍然浸入在电解液的钨丝由于太重而自行脱落。然后，流经钨丝和电解质溶液的电流迅速断开从而阻止继续腐蚀钨丝。留下的上端钨丝可做探针。在另一种腐蚀方法中，使用很小的环形电极，钨丝穿过该环形电极。电解液被滴在环形电极内表面上，这样只有电解液薄膜区域会发生腐蚀反应。经过一段时间，在电解液薄膜区域的钨丝会变得非常细，下端由于重力原因自行脱落。下端的钨丝可做探针。

尽管以上所描述的方法是用于制造原子级别尖端，但是长径比往往很小，因为只有电解液界面的几个微米的部分被腐蚀，锥角的变化是突变的。为了制备长径比大的钨探针，需要一种新的方法对钨丝更长的区域进行腐蚀，而且要保证锥角变化连续。

发明内容

发明目的：针对上述现有存在的问题和不足，本发明提供了一种纳米器件电学测试用钨探针的制备装置，通过本方法可以获得大长径比的钨探针。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种纳米器件电学测试用钨探针的制备装置，包括盛有电解液的电解槽、线性传感器、马达、支架和隔离管，所述线性传感器固定在支架上，且通过马达带动；所述钨丝与线性传感器连接并能随线性传感器提升，该钨丝作为阳极浸入电解液中；同时阴极也浸入电解液，所述隔离管套在阴极周围，且两端贯通，上端露出液面。

进一步的，所述阴极和阳极之间设有能实现电流反向的反向偏压电路，该反向偏压电路，包括包括第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、电流比较器、支路转换器和限流电阻，所述四个场效应管的源极与衬底连接，所述第一场效应管和第二场效应管组成第一支路，所述第三场效应管和第四场效应管组成第二支路；所述第一场效应管的源极与第四场效应管的漏极连接后，再依次与限流电阻和钨丝连接；所述第三场效应管的源极与第二场效应管的漏极连接后，再与不锈钢丝连接；所述电流比较器检测通过钨丝的电流，当电流大于零时，控制支路转换器切换到第一支路，此时第一场效应管和第二场效应管工作；当电流为零时，控制支路转换器切换到第二支路，此时第三场效应管和第四场效应管工作。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：通过本发明能制备大长径比的钨探针；同时通过检测钨丝断开时的反向电流，即可预估钨探针的尖端锥角，从而节省了传统的后续需要电子扫描显微镜观察确认的时间和成本。

附图说明

图1为本发明所述钨探针制备方法的原理示意图；

图2为本发明所述钨探针制备装置的结构示意图；

图3为本发明所述反向偏压电路的示意图；

图4为本发明制备的钨探针的SEM照片；

图5为本发明所述钨探针制备过程中通过钨丝的电流随时间的变化曲线图。

其中，支架1、马达2、线性传感器3、钨丝4、电解槽5、不锈钢丝6、隔离管7、升降台8、第一场效应管9、第二场效应管10、第三场效应管11、第四场效应管12。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。