掩模板法制備單根In2O3 納米帶器件

艾 鵬 蔡 彥 杜國芳 馬殿旭 李 旋 李 波

(昭通學(xué)院物理與信息工程學(xué)院，云南 昭通 657000)

1 概述

目前，科學(xué)技術(shù)日益進(jìn)步，器件不斷朝著高集成性、低功耗以及小尺寸等方向發(fā)展，微米技術(shù)已經(jīng)不能滿足需求。隨著對器件高集成度的需求，需要盡量減少器件的特征尺寸。納米技術(shù)的出現(xiàn)以及納米材料所表現(xiàn)出的優(yōu)異性質(zhì)使得其發(fā)展迅速，也被應(yīng)用到了各個領(lǐng)域。納米材料的小尺寸效應(yīng)[1]使得材料出現(xiàn)新的特性；表面效應(yīng)[2]使粒子表面原子變得極其活躍；量子尺寸效應(yīng)[3]使納米微粒表現(xiàn)出與宏觀物體截然不同的反常特性，因此，在催化、電磁、以及生物活性等方面呈現(xiàn)出較好的物理化學(xué)特性，應(yīng)用前景廣闊[4]。其在納米光電子器件、納米電極材料以及儲氫能源材料[5]等應(yīng)用領(lǐng)域已逐漸成為研究熱點。

從首次研制出碳纖維[6]到發(fā)現(xiàn)碳納米管[7]，不斷發(fā)展了對一維納米材料的研究。近年來，各種制備方法合成的一維納米材料陸續(xù)出現(xiàn)，如納米線、半導(dǎo)體量子線[8]、納米帶和納米線陣列[9]等，隨著一維納米材料家族成員日益增多，科學(xué)家對這些新型材料的實驗研究，將為進(jìn)一步研究納米結(jié)構(gòu)和準(zhǔn)一維納米材料的性能，建立一維納米材料的新理論，同時，使得納米結(jié)構(gòu)器件的應(yīng)用不斷發(fā)展。

2 實驗部分

2.1 試劑與儀器

氧化銦（納米In2O3，純度≥99.99%）；碳粉；銀線、銀漿。

SGL-1700 三溫區(qū)真空管式爐；掩模板，Keithley 4200 半導(dǎo)體測試系統(tǒng)。

2.2 In2O3 納米帶的制備

In2O3納米帶是在三溫區(qū)真空管式爐中采用碳熱還原法制備的。實驗中將高純的In2O3粉末與碳粉以3:1 的比例均勻混合裝入陶瓷舟，并置入干凈剛玉管中。在距剛玉管加熱中心10 cm處放置硅片，隨后將剛玉管置入真空管式爐進(jìn)行升溫。在升溫前，利用N2對剛玉管內(nèi)部進(jìn)行多次清洗，盡可能排除管內(nèi)的空氣。準(zhǔn)備工作完成后以10/min 的升溫速率將爐溫升至1150℃，保持管內(nèi)壓強(qiáng)為112.5 torr，并恒溫2 小時，實驗結(jié)束后所得的白色絮狀物質(zhì)即為所需的In2O3納米材料。

2.3 單根氧化銦納米帶器件的制備

所制備的單根In2O3納米帶器件示意圖如圖1。中間部分為實驗中采用碳熱還原法制得的In2O3納米帶，黃色部分為Ti-Au電極，下方為二氧化硅絕緣層和硅基底。

圖1 單根In2O3 納米器件示意圖

單根In2O3納米帶器件采用掩模板法制備。如圖2 所示，其過程如下：

圖2 掩模板法制備單根In2O3 納米帶器件過程

首先，將制備好的In2O3納米材料取一部分到酒精中進(jìn)行分散，在硅片上滴一滴分散后的酒精溶液放到顯微鏡下觀察，直至能在硅片上看到有較為均勻分布的納米帶。其次，用如圖2所示模板蓋住分散有納米帶的硅片，進(jìn)行電極的制作，在濺射沉積80nm 的金(Au)前先濺射沉積約8nm 的鈦(Ti)以便電極與納米帶穩(wěn)固連接。最后，待沉積結(jié)束后，移去模板，電極制作完成。

2.4 氧化銦納米帶器件的測量

在光學(xué)顯微鏡下找到兩端被Ti-Au 電極覆蓋的單根氧化銦納米帶，如圖3(右)所示，為光學(xué)顯微鏡下的單根In2O3納米帶圖片，其很好的被Ti-Au 電極覆蓋。隨后通過探針與符合要求的電極連接，利用Keithley 4200 半導(dǎo)體測試系統(tǒng)進(jìn)行測量，對滿足歐姆接觸的電極使用銀線及銀漿進(jìn)行引線，以便減小除納米帶以外電阻的影響。如圖3(左)為制備好的器件。隨后將器件的兩個電極連接到Keithley 4200 測試儀上，測試其歐姆特性，從圖4 可以看出，器件具有良好的歐姆接觸。

圖3 單根In2O3 納米帶器件(左)和單根In2O3 納米帶(右)

圖4 器件歐姆接觸

3 結(jié)果與討論

通過碳熱還原的方法得到了In2O3納米帶，用掩模板構(gòu)建了基于單根In2O3納米帶的器件如圖3 所示；通過Keithley 4200測試儀對器件進(jìn)行歐姆特性測試，結(jié)果表明，所制備的器件具有良好的歐姆接觸。