硅纳米球探针制造高性能纳米线器件和界面提升方法

本发明涉及纳米线器件领域，特别是涉及硅纳米球探针制造高性能纳米线器件和界面提升方法。

背景技术：

1、硅基集成电路元器件的尺寸随着摩尔定律的指导逐渐减小，但是在一定程度上已经达到了物理极限，无法再继续缩小。为了应对挑战，人们从材料、器件、架构等多个方面，探索集成电路新的发展方向，例如一维材料，二维材料和由低维材料构成的异质结器件。

2、传统的光刻工艺是将掩模版上的图形转移到旋涂有光刻胶的硅片上，通过一系列工艺步骤将掩模版上的图形转移到硅片表面的技术。光刻是芯片制造的核心，是ic制造的最关键步骤，在主流的微电子制造过程中，光刻是最复杂、昂贵和关键的工艺。但是光刻工艺无法实现在纳米尺度操控材料，无法重新定义材料的位置和器件的结构，只能将掩模版上的图形转移到衬底上，在某些需要在纳米尺度操控器件的场合，光刻工艺将无能为力。

3、自从石墨烯被发现以来，各种新兴的二维材料(例如，过渡金属二硫化物、六方氮化硼)被人们用于构建各种类型的电子器件，如光电探测器、忆阻器和神经形态器件等，二维材料由于其具有纳米尺度的厚度和量子尺度的效应，使其相比三维体材料展现了特殊的物理特性。

4、目前，主要通过干法转移和湿法转移等物理方法构建混合维度电子器件，但是由于不同材料之间的界面接触质量难以有效控制，导致混合维度异质器件难以达到理想的效果，严重影响一维材料/二维材料器件的性能和稳定。例如一维材料纳米线和二维材料异质结构，由于转移工艺，衬底质量等因素，二维材料表面难以避免存在污染物、气泡和褶皱等，并且一维材料纳米线和二维材料之间的接触存在缝隙等，导致纳米线和二维材料的接触界面质量差，在异质结的界面将产生范德瓦尔斯势垒，继而导致难以控制的肖特基势垒，费米能级钉扎，较高的接触电阻等诸多问题，通过热退火等方法虽然在一定程度上可以清除污染物，但是对气泡、褶皱和接触缝隙的消除却无能为力,通过飞秒激光照射混合维度材料重叠区域虽然能够增大材料之间的接触面积，但是激光的光斑大小难以达到纳米尺度，且无法精准控制照射的位置，鉴于此，我们提供硅纳米球探针制造高性能纳米线器件和界面提升方法。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明提供硅纳米球探针制造高性能纳米线器件和界面提升方法，以解决上述背景技术中提出的传统光刻、反应离子刻蚀、热退火和激光照射等工艺制备得到的一维材料纳米线表面粗糙，并且无法精准控制一维材料纳米线转移到衬底上的位置，并且无法重复移动纳米线，并且异质材料之间气泡和褶皱难以去除的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：硅纳米球探针制造高性能纳米线器件，包括以下步骤：

3、步骤1、转移二维材料；

4、步骤2、对二维材料进行热退火，原子力显微镜接触模式扫描等，减少二维材料表面气泡、褶皱等；

5、步骤3、转移一维材料纳米线；

6、步骤4、原子力显微镜非接触模式定位纳米线位置；

7、步骤5、原子力显微镜控制模式旋转移动纳米线，使纳米线和二维材料特定区域接触；

8、步骤6、原子力显微镜力曲线模式依次扫描纳米线/二维材料接触区域，减少接触缝隙，提升器件稳定性。

9、优选的，在步骤6中，通过使用原子力显微镜球探针对异质结接触区域做力曲线二维扫描，施加特定大小的压力，减少表面的非理想因素对器件的影响，增强混合维度异质结器件的材料之间的耦合作用，减小接触电阻，提升器件的性能。

10、本发明还提供如下技术方案：硅纳米球探针制造高性能纳米线器件的界面提升方法，包括以下步骤：

11、首先，通过聚焦离子束仪器的高能氦离子束注入单晶硅表面，实现注入区域的局部隆起工艺制成，隆起的球体表面超级光滑，粗糙度仅为0.15纳米；

12、然后，通过调节氦离子的注入电压、开关阀门的开启时间定量调控注入的离子剂量，进而精确控制隆起的球体尺寸。

13、优选的，所述高能粒子束由粒子加8mev的高电压后经过粒子束聚焦形成。

14、进一步的，所述粒子为电子、离子、质子和光子其中任意一种。

15、与现有技术相比，本发明能达到的有益效果是：

16、本发明使用原子力显微镜技术不会引入额外的污染物，可以全流程地应用于一维材料/二维材料混合异质器件制备工艺，并且可以定点、快速、精准处理材料表面，具有在纳米尺度的高度的可行性和可控性，对材料表面的损伤小，可以兼容于不同的器件制备工艺。

技术特征：

1.硅纳米球探针制造高性能纳米线器件，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的硅纳米球探针制造高性能纳米线器件，其特征在于，在步骤6中，通过使用原子力显微镜球探针对异质结接触区域做力曲线二维扫描，施加特定大小的压力，减少表面的非理想因素对器件的影响，增强混合维度异质结器件的材料之间的耦合作用，减小接触电阻，提升器件的性能。

3.根据权利要求1或2所述的硅纳米球探针制造高性能纳米线器件的界面提升方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的硅纳米球探针制造高性能纳米线器件的界面提升方法，其特征在于，所述高能粒子束由粒子加8mev的高电压后经过粒子束聚焦形成。

5.根据权利要求4所述的硅纳米球探针制造高性能纳米线器件的界面提升方法，其特征在于，所述粒子为电子、离子、质子和光子其中任意一种。

技术总结本发明公开了硅纳米球探针制造高性能纳米线器件和界面提升方法，包括转移二维材料；对二维材料进行热退火，原子力显微镜接触模式扫描等；转移一维材料纳米线；原子力显微镜非接触模式定位纳米线位置；原子力显微镜控制模式旋转移动纳米线，使纳米线和二维材料特定区域接触；原子力显微镜力曲线模式依次扫描纳米线/二维材料接触区域；同时，该纳米球探针通过聚焦离子束仪器的高能氦离子束注入单晶硅表面，通过调节氦离子的注入电压、开关阀门的开启时间定量调控注入的离子剂量；本发明不会引入额外的污染物，并且可以定点、快速、精准处理材料表面，具有在纳米尺度的高度的可行性和可控性，对材料表面的损伤小，可以兼容于不同的器件制备工艺。技术研发人员：胡欢,潘鑫,丁小蕾,乔宝石,徐杨受保护的技术使用者：浙江大学技术研发日：技术公布日：2024/1/15