[发明专利]一种异质交替叠层台阶引导生长三维坡面纳米线阵列的方法

摘要

本发明公开了利用异质交替叠层台阶引导生长三维坡面纳米线阵列的方法，1)采用晶硅、玻璃、聚合物或者介质层薄膜覆盖的金属薄膜作为衬底，在衬底上淀积异质交替的介质薄膜层；2)利用光刻、电子束直写或掩模板技术实现平面图案，利用电感耦合等离子体刻蚀或者反应离子体刻蚀RIE刻蚀整个淀积层形成刻蚀面；3)对所形成的刻蚀面进行刻蚀处理，形成凹凸交替的陡直侧壁台阶或多级倾斜坡面台阶结构；4)在坡面台阶，利用光刻、蒸发或者溅射金属淀积工艺，制备催化金属层；5)将温度降低到金属催化颗粒熔点以下，整个结构表面淀积覆盖与所需生长纳米线相应非晶半导体前驱体薄膜层；再将温度提高到适当温度以上，使得纳米金属颗粒重新融化，在前端开始吸收非晶层，而在后端淀积出晶态的纳米线。

主权项

1.一种利用异质交替叠层台阶引导生长三维坡面纳米线阵列的方法，其特征是步骤包括：1)采用晶硅、玻璃、聚合物或者介质层薄膜覆盖的金属薄膜作为衬底，利用薄膜淀积技术，在衬底上淀积异质交替的介质薄膜层或非晶半导体薄膜层；交替薄膜叠层结构其中包括至少两种异质交替的多层薄膜结构，每层介质薄膜层或非晶半导体薄膜层厚度在1～1000纳米范围，循环叠层周期可为1～100，相邻的各层之间具有不同的气相或溶液刻蚀速度，以有利于后续刻蚀步骤中形成纳米台阶结构；2)利用光刻、电子束直写或掩模板技术实现所需的平面图案在淀积层上形成，即定义坡面引导沟道台阶位置，利用电感耦合等离子体(ICP)刻蚀或者反应离子体刻蚀RIE刻蚀整个淀积层形成刻蚀面；3)随后，针对非晶氧化硅以及氮化硅介质层薄膜、利用含有HF刻蚀或者与非晶半导体薄膜层对应的刻蚀成分的湿法或气相干法刻蚀技术，对所形成的刻蚀面进行刻蚀处理，形成凹凸交替的陡直侧壁台阶或多级倾斜坡面台阶结构；4)在坡面台阶，利用光刻、蒸发或者溅射金属淀积工艺，制备带状的铟或锡金属催化层，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，在高于催化层金属熔点的温度进行处理，使覆盖在侧壁坡面引导沟道上的催化金属层转变成为分离的金属纳米颗粒；5)将温度降低到金属催化颗粒熔点以下，整个结构表面淀积覆盖与所需生长纳米线相应非晶半导体前驱体薄膜层；6)将温度提高到适当温度以上，以使得纳米金属催化颗粒重新融化，并开始在生长时纳米线前端吸收非晶层前驱体，而在后端生长淀积出晶态的纳米线结构；借助坡面侧壁上形成的多级台阶结构作为引导沟道，获得平行排布生长于侧壁坡面台阶之上的高密度纳米线阵列；7)剩余非晶前驱体层通过氢气等离子体或者相应的ICP、RIE刻蚀工艺清除。