[发明专利]一种EBL直写高精度第三代半导体的方法

说明书

本发明公开了一种EBL直写高精度第三代半导体的方法，包括如下步骤：(a)将金属盐和水溶性聚合物聚乙烯亚胺溶于水中，进行络合反应，经超滤得到第一溶液；(b)将麦芽糖加入第一溶液中，搅拌得到前驱体溶液；(c)将前驱体溶液旋涂于导电基底上，随后将导电基底置于EBL舱内，进行EBL直写；用水清洗导电基底，除去未固化部分，再在反应性气体中退火，得到所需要半导体的结构。本发明不仅省去了紫外光刻与反应束离子刻蚀等繁琐的工艺，还为纳米结构器件的制备节省了一定的时间；同时本发明能够实现不同半导体的图案化，其直写的微纳尺度图案能够完全显示清楚、且尺寸与预设的尺寸一致，并能够直写出最小线宽约30nm高精度的各种半导体纳米线。

技术领域

本发明具体涉及一种EBL直写高精度第三代半导体的方法。

背景技术

第三代半导体具备高频、高效、耐高压、耐高温、抗辐射能力强等优越性能，切合节能减排、智能制造、信息安全等国家重大战略需求，是支撑新一代移动通信、新能源汽车、高速列车、能源互联网等产业发展的重点核心材料和电子元器件，是全球半导体技术研究的热点和产业竞争焦点。而当前第三代半导体器件制造产业的技术路径包含两个主要步骤：一是生长单晶的第三代半导体单晶芯片，例如生长单晶SiC、单晶GaN等；二是利用光刻的方法对基片进行刻蚀、图形化、掺杂，从而制备所需的晶体管与集成电路。然而，由于SiC、GaN等第三代半导体晶圆生长条件苛刻、生长速度缓慢，导致晶圆价格昂贵；另一方面，SiC、GaN等第三代半导体化学性质极其稳定，导致刻蚀速度缓慢，生成效率低、且产生的废液、废气污染严重。因此发展一种环保的、能够快速成型制备第三代半导体的方法是目前所需要亟待解决的问题。

激光直写技术(3D打印)是通过电脑控制将打印材料逐层堆叠，最终实现目标产物的方法。该方法具有快速成型、产品多样化不增加成本、设计空间无限、便携制造、与多种材料相结合等多种优点，现已经广泛应用于航空航天、建筑业、工业设计等多种领域中。常见的3D打印技术包括光固化成型、选择性激光烧结、熔融沉积快速成型等多种技术，是目前制备各种精细复杂结构的主流方法之一。

上述传统的3D打印技术虽然能够制备多种复杂的结构，但是所打印的材料有所局限性，且打印设备昂贵，不便于推广；同时，所打印的材料精度有限(如专利文献CN108145965 A)，不能达到纳米尺度，限制了其在制备高效的第三代半导体器件的应用。传统的第三代半导体纳米元器件的制备往往需要先在基底上生长高质量的薄膜，在经过工艺繁琐的紫外光刻、反应束离子刻蚀与电子束曝光，最终才能够得到元器件(此过程也被称为“top-down”)。因此，发展一种低价、环保、打印多种材料的高精度分辨技术是十分必要的。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的缺陷，提供了一种EBL直写高精度第三代半导体的方法。

本发明中，EBL直写即电子束直写。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是，一种EBL直写高精度第三代半导体的方法，它包括以下步骤：

(a)将金属盐和水溶性聚合物聚乙烯亚胺溶于水中，进行络合反应，经超滤得到第一溶液；

(b)将麦芽糖加入所述第一溶液中，搅拌得到前驱体溶液；

(c)将所述前驱体溶液旋涂于导电基底上，随后将所述导电基底置于EBL舱内，进行EBL直写；用水清洗所述导电基底，除去未固化部分，再在反应性气体中退火，得到单层结构。

具体地，所述方法还包括在退火后，多次重复进行步骤(c)，得到三维高精度叠层结构。

具体地，步骤(a)中，所述金属盐与所述聚乙烯亚胺的投料质量比为1:0.8-1.5。

具体地，步骤(a)中，超滤的目的在于除去分子量小于3000g/mol的成分。

具体地，步骤(b)中，所述麦芽糖的投料质量与所述第一溶液的体积比为125-180:1mg/mL。