自组成纳米级界面结构及其应用制造技术

一种自组成纳米级界面结构，其特征在于，包含：　　　　一电极层，主含量为金属元素；　　　　一界面层，相邻于该电极层，包含金属、成分Ａ与成分Ｂ，其中该金属的含量随着远离该电极层而呈斜坡状渐次下降，该成分Ａ的含量随着远离该电极层而呈钟型分布，该成分Ｂ的含量随着远离该电极层而呈斜坡状渐次上升；及　　　　一延展层，相邻于该界面层的另一侧，包含所述金属、前述成分Ａ与所述成分Ｂ，其中所述金属与所述成分Ａ含量低，所述成分Ｂ含量高。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种纳米级界面结构，此纳米级界面结构可应用于二极管、晶体管、发光元件、声波元件的制造上。
技术介绍
目前掺杂III-V族来制造二极管的方法主要有扩散法(Diffusion)和离子注入法(Ion Implantation)，前者的反应温度需要高达900～1200℃，后者则需要昂贵的加工设备；除此之外，其加工条件的控制必须以单片基材为基础，进行载子种类及浓度的变更或调整，其操控并不容易，而且单片基材、设备皆成本过高，材料也受限于III-V族，加上加工上的兼容性又差，现有的二极管制造方式及材料、结构确实有进一部检讨的必要。
技术实现思路
本专利技术所欲解决的技术问题，在于现有制造二极管及相关元件的加工条件要求高、原料昂贵及设备成本过高等问题。本专利技术的上述目的是这样实现的，一种自组成纳米级界面结构，其中，包含一电极层，主含量为金属元素；一界面层，相邻于该电极层，包含金属、成分A与成分B，其中该金属的含量具有随着远离该电极层而呈斜坡状渐次下降的表现，该成分A的含量具有随着远离该电极层而呈钟型分布的表现，该成分B的含量具有随着远离该电极层而呈斜坡状渐次上升的表现；及一延展层，相邻于该界面层的另一侧，包含金属、前述成分A与该成分B，其中该金属与该成分A含量低，该成分B含量高。本专利技术所述的自组成纳米级界面结构，其中，所述纳米级界面结构材料选自金属、金属氧化物、金属氮化物与金属碳化物的任意组合。本专利技术所述的自组成纳米级界面结构，其特征在于，所述成分A与成分B为碳、氮与氧的组合中任意两者。本专利技术所述的自组成纳米级界面结构，其特征在于，所述成分A为氧、所述成分B为氮，且成分A的含量随着远离该电极层而呈钟型分布；而成分B的含量随着远离该电极层而呈斜坡状渐次上升，如图1A。本专利技术所述的自组成纳米级界面结构，其特征在于，所述成分A为氮、该成分B为氧，且成分A的含量随着远离该电极层而呈钟型分布；而成分B的含量随着远离该电极层而呈斜坡状渐次上升，如图1B。本专利技术所述的自组成纳米级界面结构，其特征在于，所述成分A为碳、该成分B为氧，且成分A的含量随着远离该电极层而呈钟型分布；而成分B的含量随着远离该电极层而呈斜坡状渐次上升，如图1C。本专利技术所述的自组成纳米级界面结构，其特征在于，所述成分A为氧、该成分B为碳，且成分A的含量随着远离该电极层而呈钟型分布；而成分B的含量随着远离该电极层而呈斜坡状渐次上升，如图1D。本专利技术所述的自组成纳米级界面结构，其特征在于，所述成分A为氮、该成分B为碳，且成分A的含量随着远离该电极层而呈钟型分布；而成分B的含量随着远离该电极层而呈斜坡状渐次上升，如图1E。本专利技术所述的自组成纳米级界面结构，其特征在于，所述成分A为碳、该成分B为氮，且成分A的含量随着远离该电极层而呈钟型分布；而成分B的含量随着远离该电极层而呈斜坡状渐次上升，如图1F。本专利技术所述的自组成纳米级界面结构，其特征在于，所述纳米级界面结构作为制作二极管、晶体管、存储元件、发光元件、光放大器、光开关、光调节、光侦测器、声波元件所需的主要接面结构。鉴于以上公知技术的问题，本专利技术提供一种自组成纳米级界面结构，利用金属原子、氧原子、氮原子、碳原子自组成为金属、金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物的界面结构，作为元件的主要界面结构，本界面结构可运用在二极管、晶体管、发光元件、声波元件的制造上。该自组成界面结构至少包括电极层、界面层、延展层。电极层为元件主界面连接电极的部份，其主要材料为金属元素或为金属合金。界面层作为材料半导体极性的变化层或载子的储存穿隧层，其主要材料为金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物等材料所组成的组合中，或由该组合中至少一种以上的材料所组成，并且在界面层内有一明显的氧原子或氮原子或碳原子的类似钟形的成份分布，以及一明显的氧原子或氮原子或碳原子的阶梯状的浓度变化。延展层提供周期结构的连接或另一端电极的连接用，其主要材料为金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物等材料所组成的组合中，或由该组合中至少一种以上的材料所组成。其制法仅须使用一般的溅镀设备，有效地控制溅镀腔体不同的气氛比，即可经由反应溅镀的化学动力学差异，引发自组成(Self-Organization)而形成特殊的纳米级界面结构。本专利技术达成的功效在于不需在昂贵的单片硅基板上制造、有别于以单片基材为基础进行载子种类及浓度的变更或调整、可选用的材料种类广泛、在加工兼容性上有更多的选择、操控容易和制造成本低等等。附图说明图1是本专利技术较佳实施例的结构示意图。图1A至图1F为主要成份的含量分布示意图；图2表示在实际实验中主要成分分布的测量结果；图3表示在实际实验中的元件电性测量结果；图4表示在实际实验中当加工条件控制不当时的电性测量结果；图5表示在实际实验中当加工条件控制不当时的主要成分分布的测量结果。具体实施例方式在本专利技术涉及如下图号电极层100，界面层200，延展层300。请参阅图1，本专利技术较佳实施例所揭露的自组成纳米级界面结构，是由电极层100、界面层200与延展层300所组成，以下加以详细说明电极层100，作为二极管及相关元件连接电极的部份，主要材料为纯金属或合金。界面层200，邻设于电极层100的一侧，作为材料半导体极性的变化层或载子的储存穿隧层，主要材料为金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物或其混合物。延展层300，邻设于界面层200的另一侧，提供周期结构的连接或另一端电极的连接的用，主要材料为金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物或其混合物。制备的方式，是使用一般的溅镀设备，进行溅镀腔体中气氛比的控制，以经由反应物彼此间的化学动力学差异产生相分离，引发自组成(Self-Organization)效应而形成特殊的纳米级界面结构。加工条件的控制，是要让电极层、界面层和延展层中金属、碳、氮或氧等成分的浓度形成以下的规律性一、电极层中主含量为金属元素。二、界面层中包含金属的含量具有随着远离电极层而呈斜坡状渐次下降的表现，成分A的含量具有随着远离电极层而呈钟型分布的表现，该成分B的含量具有随着远离电极层而呈斜坡状渐次上升的表现，其中成分A、B分别代表碳、氧、氮其中任意二者，以下相同。三、延展层中包含低含量的金属与成分A，成分B则具有高含量。请参阅图1A至图1F所示主要成份的含量分布示意图，以及图2表示在实际实验中主要成分分布的测量结果，上述规律性以图形表示更为清楚。当本专利技术的自组成纳米级界面结构在各层中主要成份的含量分布具有上述规律性时，对其进行电性测量将发现在某个特定电位变化范围下具有整流效果，故具有二极管的特性；其中一个实际实验中的元件电性测量结果提供于图3。如图5所示，当加工条件控制不当时，界面层的成份A(此如为氮气)无法形成钟型分布，则如图4所示，其电性测量结果显示在某个特定电位变化范围下并不具有整流的效果。据此，有别于目前二极管制造需大体积的参杂III-V族的杂质的方式，本专利技术提供截然不同的技术思想及手段，仅需利用一般的溅镀设备，即能采用各种有机或无机材料，在反应溅镀过程中利用化学动力学的差异，获得具有二极管特性的纳米级界面结构，将可广泛应用于二极管、晶体管、发光元件、声波元件的制造上。而且，实际业务上具有诸多优点不需在昂贵的单片硅基板上制造、有别于以单片基材为基础进行载本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自组成纳米级界面结构，其特征在于，包含一电极层，主含量为金属元素；一界面层，相邻于该电极层，包含金属、成分A与成分B，其中该金属的含量随着远离该电极层而呈斜坡状渐次下降，该成分A的含量随着远离该电极层而呈钟型分布，该成分B的含量随着远离该电极层而呈斜坡状渐次上升；及一延展层，相邻于该界面层的另一侧，包含所述金属、前述成分A与所述成分B，其中所述金属与所述成分A含量低，所述成分B含量高。2.如权利要求1所述的自组成纳米级界面结构，其特征在于，所述纳米级界面结构的材料选自金属、金属氧化物、金属氮化物与金属碳化物的任意组合。3.如权利要求1所述的自组成纳米级界面结构，其特征在于，所述成分A与成分B为碳、氮与氧的组合中任意两者。4.如权利要求1所述的自组成纳米级界面结构，其特征在于，所述成分A为氧、所述成分B为氮，且成分A的含量随着远离该电极层而呈钟型分布；而成分B的含量随着远离该电极层而呈斜坡状渐次上升。5.如权利要求1所述的自组成纳米级界面结构，其特征在于，所述成分A为氮、该成分B为氧，且成分A的含量随着远离该电极层而呈钟型分布；而成...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢荣宏，张怀禄，陈炯雄，黄依苹，廖圣茹，周裕福，潘浩然，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：