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

(昭通學院物理與信息工程學院，云南 昭通 657000)

1 概述

目前，科學技術日益進步，器件不斷朝著高集成性、低功耗以及小尺寸等方向發展，微米技術已經不能滿足需求。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。納米技術的出現以及納米材料所表現出的優異性質使得其發展迅速，也被應用到了各個領域。納米材料的小尺寸效應[1]使得材料出現新的特性；表面效應[2]使粒子表面原子變得極其活躍；量子尺寸效應[3]使納米微粒表現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出較好的物理化學特性，應用前景廣闊[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]等應用領域已逐漸成為研究熱點。

從首次研制出碳纖維[6]到發現碳納米管[7]，不斷發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出現，如納米線、半導體量子線[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，科學家對這些新型材料的實驗研究，將為進一步研究納米結構和準一維納米材料的性能，建立一維納米材料的新理論，同時，使得納米結構器件的應用不斷發展。

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 三溫區真空管式爐；掩模板，Keithley 4200 半導體測試系統。

2.2 In2O3 納米帶的制備

In2O3納米帶是在三溫區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行升溫。在升溫前，利用N2對剛玉管內部進行多次清洗，盡可能排除管內的空氣。準備工作完成后以10/min 的升溫速率將爐溫升至1150℃，保持管內壓強為112.5 torr，并恒溫2 小時，實驗結束后所得的白色絮狀物質即為所需的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固連接。最后，待沉積結束后，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 半導體測試系統進行測量，對滿足歐姆接觸的電極使用銀線及銀漿進行引線，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測試儀對器件進行歐姆特性測試，結果表明，所制備的器件具有良好的歐姆接觸。