[发明专利]一种通过转移释放获取高密度纳米线阵列的方法

说明书

本发明公开了一种通过转移释放获取高密度纳米线阵列的方法，通过将引导沟道侧壁生长的纳米线阵列转移至预拉伸的柔性衬底，释放衬底时衬底回缩使得纳米线阵列间距减小，通过多次重复转移不断缩小纳米线阵列间距，实现平面高密度纳米线阵列的方法。本发明提供了一种获得高密度平面纳米线阵列的可靠方法，基于转移技术可将平面高密度纳米线阵列大面积转移至任意衬底，可广泛应用于半导体微纳电子器件，尤其针对大面积电子(平板显示TFT应用)、逻辑、柔性/可穿戴电子和场效应生物化学传感器件。

技术领域

本发明涉及半导体纳米线领域，尤其涉及一种通过转移释放获取高密度纳米线阵列的方法。

背景技术

晶硅或相关半导体纳米线(Nanowire)是开发新一代高性能微纳电子逻辑、传感和显示应用的关键构建单元。基于自上而下的电子束直写(EBL)技术制备直径在10～100nm范围的纳米线结构，已经验证各种新型纳米线功能器件的优异特性，但由于其制备成本及其昂贵、产量低等因素，一直以来都难以得到规模化应用。相比之下，通过纳米金属液滴催化的自下而上的自组装(Self-assembly)纳米线生长，可以大批量制备直径在百纳米以下的晶态硅、锗和各种合金半导体纳米线。然而，通常采用的气-液-固(VLS)生长模式所制备的纳米线多为竖直随机阵列，难以直接在目前的平面电子工艺中实现可靠且低成本的定位集成。

发明内容

发明目的：针对上述问题，本发明提出了一种利用转移释放工艺，将生长于光刻定义的台阶边缘的纳米线阵列。

技术方案：

一种通过转移释放获取高密度纳米线阵列的方法，包括步骤：

1)采用晶硅、玻璃、聚合物或者介质层覆盖的金属薄膜作为衬底，利用薄膜淀积技术，在其上淀积介质层；

2)利用光刻、电子束刻蚀或者掩模板技术定义引导台阶，再用刻蚀技术刻蚀介质层形成引导沟道；

3)利用金属淀积工艺在引导沟道一端淀积金属催化层，作为纳米线的生长起点位置；在还原性气体等离子体作用下，在高于金属熔点的温度进行处理，使所述金属催化层转变成为分离的金属纳米颗粒；

4)将温度降低到金属催化颗粒熔点以下，通过PECVD，CVD或者PVD沉积技术，在经过所述步骤3)处理的样品表面覆盖若干层与所需要生长纳米线成分相对应的非晶薄膜前驱体层；

5)将温度提高到300-500度，使得所述金属纳米颗粒重新熔化，并开始在前端吸收所述非晶薄膜前驱体层的非晶硅，而在后端生长淀积出晶态的硅纳米线结构，所述硅纳米线平行生长于所述引导沟道的坡面之上，获得平行排布生长于引导沟道的硅纳米线阵列；

6)在PECVD腔体中选择性刻蚀去除剩余的非晶硅层；

7)在生长硅纳米线阵列的基底上直接旋涂高分子聚合物树脂胶体材料或直接覆盖固化后的高分子聚合物树脂胶体材料，将所述硅纳米线阵列转移至所述胶体材料上；

8)利用胶体材料将所述硅纳米线阵列转移至预拉伸的柔性衬底上，释放预拉伸柔性衬底，衬底回缩恢复至原始状态，重复本步骤，获得所需硅纳米线间距的高密度硅纳米线阵列。

所述步骤2)中，在刻蚀过程中使用C₄F₈、CF₄、SF₆或其混合气体进行刻蚀。

所述金属催化层的厚度为20～60nm。

所述步骤3)中，所述金属催化层的材料为铟、锡、镓、铋、金、铜、镍、钛、银、铅或其合金。

所述步骤3)中，所述金属纳米颗粒的直径在10～1000nm范围内。