[发明专利]一种电场调控原子尺寸器件光电性能的方法

说明书

本发明公开了一种通过电场调控原子尺寸器件光电性能的方法，首先搭建原子级沟道长度的光电器件，在电场作用下通过调节沟道长度，控制光电性能的变化，本发明测量沟道长度精度达到0.01nm，达到了原子级，通过施加电场，实现原子级沟道长度可控调节，从而实现了器件电导率和光电开关比的调控，建立了原子级沟道长度与光电性能的定量关联。本发明对场效应晶体管、光电探测器、传感器等器件性能以至整个MEMS的设计都有着非常重要的指导作用。

技术领域

本发明属于半导体测试技术领域，尤其涉及一种原子尺寸器件光电性能的电场调控方法。

背景技术

C-AFM即原子力显微镜的导电模块，是在AFM接触模式基础上结合外部导电回路，在针尖和样品之间施加一定的偏压，并记录导电探针和样品间的电流值，C-AFM己被用来测量局部电导率、局部压电性、光电性质等。(Advanced Materials,2015,27(4):695-701.)现已广泛应用于半导体、纳米功能材料、生物等领域中，是目前研究纳米技术和材料分析最重要的工具之一。(Applied Surface Science,2006,252(6):2375-2388.)

调控光电性能的主要方法：表面等离子体作用(Appl.phys.lett.2011,13:3678-3681.)、激光辐照(Nano Res.2012,5:412-420.)和掺杂(Nature communications,2015,6,6564.)。然而，上述方法存在一些缺点，等离子体作用增强效应对薄膜衬底具有选择性且操作过程复杂；激光辐照进行表面改性的研究很多，但没有构建辐照和光电性能的定量的关联；掺杂虽能调控光电性能，但会使纳米材料的结晶质量变差。因此，对其光电性质进行有效地调控,对构造半导体纳米器件的高性能光电器件，尤其是垂直结构器件(Scienceadvances,2019,5(12):eaax6061.)具有重要意义。

光刻(Small,2018,14(49):1870239.)和电子束曝光(Nature nanotechnology,2011,6(3):147.)是传统构建具有沟道长度器件的方法。然而，上述方法不能对器件沟道长度进行调节。相关科研人员研究发现，随着电子器件和光电器件尺寸越来越小，沟道长度也随之缩小，沟道长度减少到原子级尺寸可以产生不同的性质，并对器件及电路性能、半导体器件设计优化产生重大影响，也就是说沟道长度对器件的光电性能有着重要的影响(ACSnano,2015,9(3):2843-2855.)。

因此，深入研究原子级沟道长度对器件光电性能的影响，对整个集成电路的设计有着非常重要的作用。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的之一在于通过电场调节原子级的沟道长度，提供一种电场调控原子尺寸器件光电性能的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种电场调控原子尺寸器件光电性能的方法，利用C-AFM对原子器件施加设定时间的偏压实现其原子级沟道长度的调节，通过测试偏压作用后的原子器件的I-V曲线和I-T曲线，计算得到偏压作用后各对应沟道长度下器件的电导率和开关比，从而获得沟道长度与电导率以及沟道长度与开关比的关系式。

-进一步的，具体过程如下：

步骤一：搭建电场

将器件放在C-AFM样品台上，通过导线与导电探针连成回路；

步骤二：测量沟道长度

首先记录原子器件的原始形貌图并测量其高度，得到初始沟道长度，再通过C-AFM施加设定时间的固定偏压，使样品与针尖接触部分受到电场作用，记录施加设定时间的偏压后原子器件形貌图，作出高度图，得到电场作用后的沟道长度；

步骤三：测试光电性能