[发明专利]纳米线巨压阻特性测量装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米线巨压阻特性测量装置及其制造方法，属于微纳机电系统技术领域。

背景技术

纳米线作为典型的一维半导体纳米材料，除具有一般纳米材料的特征外，还具有与现代大规模集成电路工艺相兼容，易于大量制备，且便于表面修饰等特点。由于纳米线的半导体性质显示出独特的电学、力学、热学和化学特性，使其研究范围及应用领域覆盖了从化学、物理、生物、环境传感器、场效应晶体管和逻辑电路等众多领域。除此之外，硅纳米线还显示出不同于体硅材料的场发射、热导率、可见光致发光及量子限制效应，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。

一方面，在探索纳米线的性能与应用时，巨压阻效应由于其在机电传感器和应变工程中潜在的利用价值成为人们所最感兴趣的特性。尽管如此，目前纳米线巨压阻结构的制备还是比较困难的，其制备方法主要有：1、通过反复的热氧化与腐蚀工艺减薄减小纳米线的直径形成显著的量子限制效应来提升纳米线的压阻特性；2、利用化学工艺对纳米线进行表面修饰；3、制备半导体-金属异质结构。

另一方面，目前对纳米结构压阻系数的表征主要可以分成两大类：一类是基于原子力显微镜(AtomicForceMicroscope,AFM)或者是其他探针技术的加载方法，主要特点在于需要对AFM/探针集成纳米力学传感器以及纳米精度执行器、需要采用纳米操纵技术把纳米结构组装到针尖上去等等。但这类实验测试系统十分复杂，实验成本也十分昂贵。而且，AFM针尖结构的尺寸要比纳米结构大得多，机械加载过程中的控制精度很难达到纳米量级。此外，大多数AFM机械加载实验都是在扫描电子显微镜(ScanningElectronMicroscopy,SEM)内进行，SEM的成像技术会对电气特性的测量产生影响。另一类则是利用微电子机械系统微驱动器对纳米结构进行加载，目前主要有压电驱动、静电梳齿驱动、热驱动三种MEMS驱动器件，其电阻的测量全部采用两点测量，由于接触电阻等因素的存在，无疑加大了纳米线的压阻系数的测量误差。

值得注意的是，由于温度漂移使得半导体巨压阻传感器的灵敏度和稳定性产生一定影响，而且降低了测量的精度，所以针对应用于各种温度环境的半导体压阻传感器需要考虑其温度漂移效应，然而目前针对纳米线的压阻系数的温度特性的研究却较少，因而迫切需要相关的测量与研究方法。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种纳米线巨压阻特性测量装置及其制造方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种纳米线巨压阻特性测量装置，包括：纳米线、铂电阻温度传感器、电热致动器、基于电容测量的位移传感器、电极、基于电容测量的负荷传感器，所述铂电阻温度传感器、电热致动器、基于电容测量的位移传感器、基于电容测量的负荷传感器依次连接，所述电极数量设置为四个，所述四个电极设置在基于电容测量的位移传感器与基于电容测量的负荷传感器之间，两个水平放置的电极之间设置有纳米线，所述纳米线上下两侧均设置有电极。

还包括校准探针，所述校准探针与基于电容测量的负荷传感器相连接。

还包括电气绝缘模块，其特征在于：所述电热致动器与基于电容测量的位移传感器之间，基于电容测量的位移传感器与电极之间，电极与基于电容测量的负荷传感器之间，基于电容测量的负荷传感器与校准探针之间均设置有电气绝缘模块。

所述纳米线采用外生长硅纳米线，通过在纳米线上制备银的纳米粒子对其进行表面修饰形成巨压阻特性。

所述纳米线采用化学气相沉积方法，基于径向与轴向生长的控制合成具有巨压阻特性的硅锗径向异质结构纳米线。

所述纳米线采用溶液气象法自生长自组装具有巨压阻特性的硅锗纵向异质结纳米线。

所述纳米线采用STM针尖操作将制备完成的具有巨压阻特性的纳米线在两个悬挂电极上表面相应位置进行定位、校准、拉紧纳米线等装配操作，利用电子束诱导沉积将纳米线阵列固定在悬挂电极上。

纳米线巨压阻特性测量装置制造方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：选用顶层硅25μm，掩埋氧化层2μm，底层硅300μm的SOI硅片，将硅片先后放入丙酮、双氧水和浓硫酸的混合溶液中进行超声清洗，再用去离子水反复清洗干净；然后将清洗干净的硅片放入稀释的HF溶液中反应，以除去硅片表面的氧化层；

步骤二：通过LPCVD技术在SOI硅片的顶层与底层硅沉积1μm的SiO₂氧化层；