[发明专利]一种亚10纳米库仑阻塞器件的制备方法

说明书

本发明提供了一种亚10纳米库仑阻塞器件的制备方法，包括如下步骤：(1)设计对顶结构的交叠型图形作为库仑阻塞器件的掩模图形；(2)按步骤(1)设计好的图形利用电子束对电子束胶曝光，并经过显影、定影，得到掩模；(3)在步骤(2)得到的掩模上设置导电薄膜，然后除去电子束胶，得到所述亚10纳米库仑阻塞器件。本发明提供的制备方法仅需一次曝光工艺即可制备得到亚10纳米库仑阻塞器件，大大简化了库仑阻塞器件的制备工艺。

技术领域

本发明属于纳米加工技术领域，涉及一种亚10纳米库仑阻塞器件的制备方法。

背景技术

纳米尺度加工水平和能力的提升有力促进了集成电路的快速发展，各类特征尺寸为纳米尺度的器件应运而生，例如，利用电子束曝光技术制备纳米结构掩模，再经过镀膜剥离工艺形成具有纳米尺度特征尺寸的等离激元器件、库伦阻塞器件、增强传感器等。其中，库仑阻塞器件是研究量子输运现象的标准模型器件，其应用领域包括单电子晶体管、逻辑运算、存储器等。从上世纪五十年代发现库伦阻塞现象以来，伴随纳米加工技术的发展，库伦阻塞器件的特征尺寸从百纳米缩小至亚10纳米，工作温度也从极低温(1K)提高到室温(300K)，因而器件更具有实用价值。

通常制备库伦阻塞器件需要使用多次曝光、镀膜和刻蚀，或者离子注入，或者量子点的化学方法合成，最后再与曝光制备的电极连接，如Appl.Phys.Lett.2010,97:103101；Nano Lett.2011,11:1591-1597；Nano Lett.2014,14:71-77；Nanotechnology,2017,28:125208等公开的在室温下能够稳定工作的纳米硅库伦岛器件以及Sci.Adv.2017,3:e1603191公开的基于化学合成的金属量子点的室温库伦阻塞晶体管。但是，目前对于小尺寸库仑阻塞器件仍需要多道工艺和复杂流程，如多次曝光、镀膜、刻蚀、离子注入、量子点的化学合成等。

CN103531466A公开了一种岛动式单电子晶体管的制备方法。该方法以硅基片、源极、漏极、栅极、岛区和库伦岛为单电子晶体管基本结构，源极、漏极、栅极集成设置在硅基片表面形成的二氧化硅衬底上，在源极、漏极、栅极之间围成的区域刻蚀出岛区，库伦岛组装于岛区中并可在岛区中活动。岛区利用聚焦离子束刻蚀或者反应离子刻蚀来制备，库伦岛是粒径为2-15nm的金纳米颗粒，该颗粒的制备方法为胶体Au技术，即水相还原法，源极、漏极和栅极可利用电子束曝光法及蒸镀法制备，或者利用聚焦电子束诱导沉积法制备。上述库伦阻塞器件的制备方法复杂。

此外，我们近期发展了通过设计掩模图形来制备亚10纳米结构的方法，但该方法只能制备单一间隙，而库仑阻塞器件要求库伦岛两侧各需要一个纳米尺度间隙。尽管理论上可以采用上述单一间隙结构的制备方法，通过套刻曝光将预先制备好的量子点转移至两个纳米电极间隙处，但是这种转移从技术角度而言，难度太大，几乎不可能实现。总之，无论采用上述何种方法制备亚10纳米库仑阻塞器件，工艺难以精确控制，十分复杂，导致室温库仑阻塞器件的结构与性能重复性不好，甚至根本无法实现器件制作。由于无法提供高质量的库仑阻塞器件，将严重阻碍库伦阻塞器件基础研究工作的开展，对量子新现象的发现和库伦阻塞器件的实际应用十分不利。

因此，需要开发一种较为简单的制备亚10纳米库仑阻塞器件的方法以满足基础研究和实际应用的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种亚10纳米库仑阻塞器件的制备方法。本发明提供的制备方法仅需一次曝光工艺即可制备得到亚10纳米库仑阻塞器件，大大简化了库仑阻塞器件的制备工艺。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种亚10纳米库仑阻塞器件的制备方法，包括如下步骤：

(1)设计对顶结构的交叠型图形作为库仑阻塞器件的掩模图形；

(2)按步骤(1)设计好的图形利用电子束对电子束胶曝光，并经过显影、定影，得到掩模；