通过多级异质结构纳米材料构筑微电子器件的方法

摘要

本发明于纳米半导体微电子器件技术领域，具体涉及一种利用电纺丝技术并结合水热合成技术制备具有多级异质结构的纳米半导体材料，并用于构筑高性能稳定微电子器件的方法。是以电纺烧结得到的无机氧化物纳米纤维为主干，通过水热反应后续在纤维表面沉积生长无机氧化物纳米棒，获得准一维树枝状多级异质结构的纳米材料，之后组装成场效应晶体管。本发明制备得到的场效应晶体管具有超高的电子迁移率，并且长寿命及高稳定性远远超过了其它大多数场效应晶体管。如锐钛矿二氧化钛纳米纤维/金红石二氧化钛纳米棒多级结构的场效应晶体管最大电子迁移率可以达到10cm2/Vs以上，随着时间延长和湿度的增大，性能几乎没有出现衰减。

主权项

一种通过多级异质结构纳米材料构筑微电子器件的方法，其包括如下步骤：A.将0.3～1g可溶性高分子化合物加入到5～10ml溶剂1中，在室温～100℃条件下搅拌至溶液完全澄清，然后冷却至室温，溶剂1为N，N 二甲基甲酰胺、乙醇、水中的一种或几种；B.将0.2～2.0g可溶性无机盐或可溶性无机氧化物前驱体加入到3～6ml溶剂2中，干燥条件下剧烈搅拌使其混合均匀；然后将获得的溶液快速加入到步骤A的溶液中，搅拌使两种溶液混合均匀，溶剂2为N，N 二甲基甲酰胺、乙醇、乙酸、水中的一种或几种；C.将步骤B获得的混合溶液放入静电纺丝设备的玻璃喷丝管中，玻璃喷丝管的管头内径为0.5～3mm，以铝套为阳极，用间距为2～3cm的两条平行铝条或不锈钢条作为阴极板接受产物，两极间的距离为10～30cm，在两极间施加6～30KV的电压进行电纺丝，从而在阴极上获得平行排列的含有高分子化合物的纳米纤维；D.用清洗干净的石英片把阴极板间的含有高分子化合物的纳米纤维收集起来，在空气中放置10～20小时，然后在400～700℃温度下烧结3～5小时以除去高分子化合物；或直接将阴极板与含有高分子化合物的纳米纤维在400～700℃温度下烧结3～5小时后，再用清洗干净的石英片或聚四氟乙烯衬底收集氧化物纤维；从而在石英片或聚四氟乙烯衬底上得到直径50～300nm的平行排列的无机氧化物纳米纤维；E.另取0.1～2.0g可溶性无机盐或可溶性无机氧化物前驱体与10～40ml的溶剂3混合均匀，将该溶液与步骤D中获得的石英片或聚四氟乙烯衬底转移到水热反应釜的体系中，进行水热反应，从而在步骤D的无机氧化物纳米纤维表面水热生长大量的无机氧化物纳米棒，然后取出衬底洗涤干燥，即在石英片或聚四氟乙烯衬底表面得到具有准一维树枝状多级异质结构的无机氧化物纳米材料；溶剂3为乙醇、盐酸、水中的一种或几种；F.源、漏电极的制作：将步骤E获得的石英片或聚四氟乙烯衬底送进真空镀膜机，通过与源、漏电极结构互补的掩膜版在衬底表面的准一维树枝状多级异质结构的无机氧化物纳米材料上蒸镀50～100nm厚的铝电极，从而形成源、漏电极结构，源、漏电极间的距离即沟道宽度为60～100μm，源、漏电极的连线与无机氧化物纳米纤维的方向相一致；G.栅电极与栅绝缘层的制备：选用n型<100>硅片，厚度为1～2mm，电阻率为3～5MΩ·cm，采用干氧氧化法在该硅片上生长SiO2或氮化硅栅绝缘层，生长温度为900～1200℃，SiO2或氮化硅栅绝缘层的厚度为1500～2000nm，然后将表面具有SiO2或氮化硅栅绝缘层的硅片划片为宽1～2mm、长1～3cm的条形结构，清洗并烘干；H.将聚乙烯吡咯烷酮与去离子水混合制备成粘稠液，用清洁的针尖取两小滴粘稠液置于蒸镀有铝电极一侧的石英片或聚四氟乙烯衬底的两端，两粘稠液滴间的连线与无机氧化物纳米纤维的方向相垂直，将步骤G中制备的条形结构的硅片置于粘稠液滴上方，并用力将其压紧至SiO2或氮化硅栅绝缘层与铝电极贴紧，待粘稠液干燥凝固后，制备得到无机半导体场效应晶体管。