纳米对电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米对电极及其制备方法。包括：设置衬底并在其上设置抗蚀剂；确定曝光版图，曝光版图具有用于形成纳米对电极的纳米对电极图案，纳米对电极图案由沿一直线延伸的两个长条形部分构成，并且呈轴对称布置；每一长条形部分包括一个长方形和一个三角形，长方形的短边与三角形的一条边重合；两个长条形部分的三角形相互面对；按照曝光版图对抗蚀剂电子束曝光、显影、定影，形成刻蚀凹槽；在具有刻蚀凹槽的衬底上沉积金属，溶解残留的抗蚀剂，得到纳米对电极。该纳米对电极具有点接触结构，性能更加稳定可靠，接触面积和辐射较小，减弱了近邻效应，更好地调控微区曝光剂量，提高了曝光分辨率，得到了间距3～10nm的纳米对电极。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微纳器件加工与量子信息
，尤其是涉及一种纳米对电极及其制备方法。
技术介绍
电子同时具有粒子性和波动性，材料中自由电子的德布罗意波长在纳米量级，当元件尺寸达到电子波长量级时，会出现明显的量子效应。例如在半导体集成电路中，当电路尺寸接近电子波长时，电子会通过隧道效应溢出器件，使器件无法正常工作。同样在纳米尺度元器件中，电子传递过程会像光波一样发生干涉，不仅能量耗散非常少，而且能保存和传递电子相位信息，是理想的信息处理元件。因此纳电子器件即相位电子器件是微电子器件进一步小型化的必然结果。纳米对电极和点接触是纳米电子器件基本结构，是研究量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等性质的结构基础，也是制备超低功耗单电子晶体管等器件的基本结构。在纳米电子器件的制作中，尺寸小、导电性好、具有纳米量级间隙的纳米对电极的制作是一个关键，也是一个难点。专利CN200410095163.9中公开了采用化学方法结合高分子材料的运用来制备电极，但这种电极并未达到纳米尺度。专利CN 200410010181.2中公开了采用原子力显微镜(AFM)刻蚀纳米线结合化学方法制备银纳米电极，存在效率低、不能大规模生产的缺点。专利CN99116576.4中公开了采用火焰熔融和蚀刻法制备碳纤维纳米电极，电极材料单一，而且只用于生物领域。光学光刻由于其高效率成为目前制作电极的主流技术，但光学光刻的分辨率受曝光波长的限制，很难达到纳米级分辨率。电子束光刻由于电子束波长很短，衍射效应基本可以忽略，具有很高的分辨率，因此，电子束曝光成为微纳米加工常用的方法。其原理是在聚焦电子束辐照下，电子敏感抗蚀剂发生分子交联固化或者解离反应，经显影后得以保留或溶解，成为微纳加工掩模。现代电子束曝光设备的电子束斑可以达到几个纳米，频率达到几十兆赫兹，因此，是一种高效纳米图形掩模的直写方法。此外，采用电子束曝光技术制备纳米对电极的过程比较简单。首先和普通光学曝光制备抗蚀掩模过程一样，通过电子束曝光形成抗蚀剂掩模，经热蒸发真空蒸镀沉积金属，然后用去胶液溶解剥离抗蚀就得到了图案化金属结构电极。因此，采用电子束曝光结合高分辨的电子抗蚀剂，并辅以金属薄膜材料的沉积和玻璃工艺，可以制备出各种间距小于100nm的金属纳米对电极。因此，采用电子束曝光方法制备纳米对电极具有工艺步骤少、简单、稳定可靠、用途多、能与传统CMOS(互补金属氧化物半导体)工艺兼容的优点。虽然采用电子束曝光具有众多优点，但是在电子束曝光的过程中，高能电子束在入射过程中在抗蚀剂内被抗蚀剂原子散射，即在抗蚀剂中会产生小角度的前散射，在衬底上也会产生大角度的背散射，使得在曝光区域的临近区域上产生附加的曝光，导致实际曝光区域变大或者在没有版图的区域曝光，这种作用称为近邻效应。虽然近邻效应的存在可以在曝光显影后的断面上形成“底切”结构，便于后续胶层的剥离，有助于辅助制作纳米电极。但是近邻效应的存在使得最终显影后曝光图形的实际宽度要大于原始版图设计的宽度，降低了版图制作的精度，使得制作过程变得复杂。目前采用正性电子抗蚀剂制备金属纳米电极，由于近邻效应的存在，制备的金属纳米对电极的间距达到30～100纳米，该间距较大，还不能满足纳米电子器件结构尺寸设计的要求。近邻效应的强弱是与电子敏感抗蚀剂有关的，且其是无法消除的，因此，如何在近邻效应存在的情况下制备出高精度的纳米对电极，从能得到的金属纳米对电极能够具有较小的间距，成为目前亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在提供一种纳米对电极及其制备方法，该制备方法可以得到一种间距达3～10nm的点接触的纳米对电极，具有较高的稳定和可靠性。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种纳米对电极的制备方法，包括：设置衬底并在衬底上设置抗蚀剂；确定曝光版图，曝光版图具有用于形成纳米对电极的纳米对电极图案，纳米对电极图案由沿一直线延伸的两个长条形部分构成，并且沿与直线垂直的方向呈轴对称布置；每一长条形部分包括一个长方形和一个三角形，长方形的短边与三角形的一条边重合；两个长条形部分的三角形相互面对；按照曝光版图对抗蚀剂进行电子束曝光、显影、定影，形成与曝光版图对应的刻蚀凹槽；在具有刻蚀凹槽的衬底上沉积金属，溶解残留的抗蚀剂，从而在衬底上与曝光版图的纳米对电极图案对应的位置处得到纳米对电极。进一步地，三角形为等腰三角形。进一步地，三角形的顶角为δ，20°≤δ≤120°，优选为70°≤δ≤80°。进一步地，长方形的宽度为a，18≤a≤22nm；三角形的高度为h，h＝1.5a；两个长条形部分的间距为d，0≤d≤57nm。进一步地，电子束曝光的条件为：电压为100Kev，电子束流为0.1nA，电子束斑尺寸为10nm，电子扫描步长为2.5nm。进一步地，电子束曝光的曝光剂量为3500～5500μC/cm2。进一步地，形成在衬底上的抗蚀剂的厚度n1，40≤n1≤120nm。进一步地，刻蚀凹槽的宽高比≥1/10。进一步地，经沉积镀后，形成在衬底上的纳米对电极的厚度为n2，10≤n2≤30nm。根据本专利技术的另一方面，提供了一种纳米对电极，该纳米对电极为采用上述任一种的制备方法制备而成。本专利技术的有益效果：本专利技术在采用电子束曝光时创造性地提出了一种用于曝光的曝光版图，该曝光版图为沿一直线延伸且具有长方形和三角形的两个长条形部分构成，该两个长条形部分呈轴对称布置；长方形的短边与三角形的一条边重合，并且两个三角形相互面对。由于采用上述的曝光版图，与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果：1)相对于现有的纳米对电极中的矩形结构或者其他结构，本专利技术设计的纳米对电极的曝光版图由于具有三角形的尖对尖结构，使得纳米对电极形成点接触，接触面积和辐射均较小，有利于调控距离，同时也减弱了纳米对电极的接触部分在曝光过程中的近邻散射电子干扰，近邻效应减小，更好地调控微区曝光剂量，有助于提高曝光分辨率，从而有利于制备出几个纳米的间隙电极。2)本专利技术制备的间距达3～10nm的宽度的纳米对电极，基本上可以满足纳米电子器件结构尺寸设计要求，可用于制作量子点器件、纳米线、纳米管器件、单电子器件等多种器件或电路，并且该纳米对电极由于采用了点接触的方式，更加稳定可靠。3)具有广泛适用性，适用于制备多种功能材料的量子结构。4)本专利技术工艺简单，稳定性好，与半导体工艺兼容，适合大规模生产。根据下文结合附图对本专利技术具体实施例的详本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米对电极的制备方法，包括：设置衬底(10)并在所述衬底(10)上设置抗蚀剂(20)；确定曝光版图，所述曝光版图具有用于形成纳米对电极的纳米对电极图案，所述纳米对电极图案由沿一直线延伸的两个长条形部分构成，并且沿与所述直线垂直的方向呈轴对称布置；每一所述长条形部分包括一个长方形和一个三角形，所述长方形的短边与所述三角形的一条边重合；两个所述长条形部分的所述三角形相互面对；按照所述曝光版图对所述抗蚀剂(20)进行电子束曝光、显影、定影，形成与所述曝光版图对应的刻蚀凹槽(30)；在具有所述刻蚀凹槽(30)的所述衬底(10)上沉积金属(40)，溶解残留的所述抗蚀剂(20)，从而在所述衬底(10)上与所述曝光版图的所述纳米对电极图案对应的位置处得到所述纳米对电极(50)。

【技术特征摘要】
1.一种纳米对电极的制备方法，包括：
设置衬底(10)并在所述衬底(10)上设置抗蚀剂(20)；
确定曝光版图，所述曝光版图具有用于形成纳米对电极的纳米对电极图案，
所述纳米对电极图案由沿一直线延伸的两个长条形部分构成，并且沿与所述直
线垂直的方向呈轴对称布置；每一所述长条形部分包括一个长方形和一个三角
形，所述长方形的短边与所述三角形的一条边重合；两个所述长条形部分的所
述三角形相互面对；
按照所述曝光版图对所述抗蚀剂(20)进行电子束曝光、显影、定影，形
成与所述曝光版图对应的刻蚀凹槽(30)；
在具有所述刻蚀凹槽(30)的所述衬底(10)上沉积金属(40)，溶解残
留的所述抗蚀剂(20)，从而在所述衬底(10)上与所述曝光版图的所述纳米
对电极图案对应的位置处得到所述纳米对电极(50)。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述三角形为等腰三角
形。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述三角形
的顶角为δ，20°≤δ≤120°，优选为70°≤δ≤80°。
4.根据权利要求1-3中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐成春，顾长志，李俊杰，杨海方，全保刚，姜倩晴，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11