配备有过渡金属缓冲层的包含纳米线的电子器件、至少一个纳米线的生长方法以及器件...的制作方法_3

文档序号:8927128阅读:来源:国知局
一实施方案,该缓冲层3由包含氮和选自饥、铭、错、魄、钢、給或粗的过渡 金属的气体混合物气相沉积,尤其是,该缓冲层3的沉积在环境温度至400°C的温度下进 行。因而在此沉积之后直接获得成核层。根据该种第一实施方案,该缓冲层3可由该成核 层构成,而该成核层本身由氮化过渡金属层构成。
[0080] 根据第二实施方案,该缓冲层3经由W下步骤产生;在衬底1上沉积选自饥、铭、 错、魄、钢、給或粗的过渡金属的层;氮化沉积的过渡金属层的至少一部分W形成具有旨在 用于纳米线生长的表面的氮化过渡金属层。优选地,该过渡金属层的沉积在环境温度至 400°C的温度下进行。根据一种可应用于不同过渡金属(尤其是对于Hf、Nb、Ta)的实施方 案,过渡金属沉积层可具有20nm至数百纳米(例如200nm)的厚度。对于其它过渡金属来 说,20nm的厚度将是优选的。过渡金属层的沉积可通过PVD(物理气相沉积)从金属祀来进 行,例如经过该祀的直流瓣射。在该个沉积过渡金属的步骤中,衬底可保持在环境温度。在 可应用于整个说明书的一般情况下,术语"环境温度"是指优选为20°C-50°C的温度。在沉 积过渡金属的过程中在PVD室中的压力可W是3X1(T3毫己至6X1(T3毫己。
[0081] 在各种试验之后,可观察到该一个或多个纳米线的生长由在两个步骤中形成的该 种成核层促进,因而可W理解该种第二实施方案是优选的。
[0082] 正如之前在该器件的特定描述中所指出的并且W可应用于该生长方法的各种实 施方案的方式,该氮化过渡金属层可W是满足之前提及的条件的过渡金属-氮的化学计量 化合物。
[0083] 已经给出了基于纳米线生长的实例,但该生长方法并不限于此唯一的实例,并且 使得能够在该生长步骤的过程中从成核层开始并排生长多个纳米线。
[0084] 由上文可W理解,成核层的功能在于促进该一个或多个纳米线的成核。另外,优选 选择此成核层W保护衬底1免于生长过程中的任何可能的劣化(如果衬底由娃制成并且纳 米线由氮化嫁制成时可能会有该些情况),和/或保持高温下的良好稳定性(高于500°C的 温度的情况),和/或赋予良好的导电性能,尤其是当希望极化每个纳米线并且经衬底1注 入电流时。如上针对的成核层的材料使得能够解决该些问题。
[0085] 关于衬底1,该方法W非限制性的方式可包括其中提供衬底W使得其具有ImQ. cm-lOOmQ.cm的电阻率的步骤。当希望经由衬底1穿过成核层极化如上所指的纳米线时, 该种电阻率是有利的。
[0086] 为了优化该一个或多个纳米线的生长,因而将寻求在该成核层中具有适应纳米线 2生长的结晶定向。该种结晶定向越致密,即越占优势,则该些纳米线2的密度的增加越多。
[0087] 通常,所述至少一个纳米线2的生长步骤可包括旨在至少部分地形成纳米线2的 材料的注入步骤。尤其是,该设及Ga的注入,W形成氮化嫁纳米线,所述纳米线从成核层的 生长表面延伸。为了形成氮化嫁纳米线2,可与畑3或N2的注入相伴地进行Ga的注入。通 常,对于GaN的合成来说,该是Ga与畑3而不是与使用的N之间的反应。Ga的注入可在适 合于纳米线生长的室中进行。
[0088] 下面的描述应用于生长方法的第二实施方案,即在两个步骤中获得氮化金属层。
[0089] 在该生长方法的第二实施方案的情况下,已经证明,如此形成的氮化金属层具有 其结晶定向比第一实施方案更为有利于纳米线生长的生长位。与第一实施方案相比,该些 生长位具有更大的数目并且具有更好的分布。
[0090] 由上可知,尤其是在旨在生长该一个或多个纳米线的表面处的成核层的结晶定向 在促进该一个或多个纳米线的生长方面是重要的。
[0091] 因而,优选进行沉积过渡金属层的步骤,W使得所述过渡金属层在该氮化步骤之 前至少部分地具有对于选自&、Mo、V、Nb、Ta的过渡金属的层来说的屯、立方(CC)类型的晶 体结构或者对于选自Zr和Hf的过渡金属的层来说的六方类型的晶体结构。
[0092] 先前所针对的特定定向使得能够实施所述过渡金属层的至少一部分的氮化步骤,W至少部分地将该过渡金属层的晶体结构改变为面屯、立方晶体结构,尤其是[111]定向 的,或者六方晶体结构,尤其是[0001]定向的或者沿着轴"C"方向定向的,其与该氮化过渡 金属层相关。第4和6族的过渡金属优选形成具有cfc晶体结构的氮化物,而第5族过渡 金属可形成具有cfc或六方晶体结构的氮化物。
[009引图4和5各自示出了能够确认所存在的晶体结构或相的X-射线衍射光谱。图4 显示出,对于表示氮化之前的Nb型过渡金属的层的晶体结构的曲线C1来说,需要Nb的面 屯、立方(CC)结构的定向[110]优势,并且对于表示氮化过渡金属层NbN的六方晶体结构的 曲线C2来说,则需要六方结构的定向[0004]和其定向谐波[000引(即与[0001]类似的定 向)的优势。图5显示出,对于表示氮化之前的Hf型过渡金属层的晶体结构的曲线C3,需 要该六方结构的定向[0002]的优势,并且对于表示氮化过渡金属层HfN的面屯、立方(cfc) 晶体结构的曲线C4,则需要面屯、立方结构的定向[111]的优势。在图3和4中,对于所述优 势的可视化来说,只有峰值是重要的,所述曲线的其余部分表示归因于实验装置和样品的 连续背景。本领域技术人员针对其它过渡金属可生成类似的曲线,并且结论是基本上相同 的,例如对于氮化粗来说,会存在氮化粗的面屯、立方结构的定向[111]的优势。
[0094] 根据尤其在图6中示出的第二特定实施方案,该氮化步骤可包括第一氮化子步骤 化1,其至少部分地在第一温度下通过迫使氮化气体在第一流量下注入来进行;W及第二氮 化子步骤化2,其至少部分地在小于或等于第一温度的第二温度下通过迫使氮化气体在与 第一流量不同(或相同,即第一流量可等于第二流量)的第二流量下注入来进行。该使得 能够优化该核化层(氮化过渡金属层)的结晶定向。不言而喻,该两个氮化子步骤彼此相 继进行。尤其是,第一子步骤Enl使得能够进行快速氮化,并且第二子步骤En2使得能够进 行将过渡金属氮化物相稳定化的退火。在该两个子步骤Enl和En2之后,氮化过渡金属层 是化学和热稳定的,并且可在该一个或多个纳米线生长的过程中确保对衬底(尤其是如果 该个衬底由娃制成的话)的保护作用。
[0095] 注入的气体可W是氨气(N&)或者氮气(馬)。N&是优选的,因为其使得能够更为 快速地氮化过渡金属层。实际上,在N&的形式下,氮化能力大于N2的情况。该种快速氮化 可能是重要的,尤其是如果该过渡金属能够被转化为娃化物的话,该一点将在下文说明。
[0096] 根据一种特殊的实例,当注入的氮化气体是氨气时,第一温度是1000°C-1050。 尤其等于 1050 °C,第一流量是 500sccm-2500sccm(sccm是来源于英文"standardcubic centimetersperminute(每分钟的标准立方厘米)"的流量单位),尤其等于1600sccm, 第二温度是950°C-1050°C,尤其等于1000°C,第二流量是500sccm-2500sccm,尤其等于 500sccm〇
[0097] 如上提及的流量对应于所使用的氮化室的体积容量,即在所提及的实例中8升的 气体(例如馬+畑3)总体积。对于不同体积的室来说,应当调节流量(例如,对于18升的室 来说,第一流量将尤其应当等于4000sccm并且第二流量尤其等于1200sccm)。换言之,第一 流量是 500 *V/8sccm-2500 *V/8sccm,尤其等于 1600 *V/8sccm,并且第二流量是 500 大V/8sccm-2500 *V/8sccm,尤其等于500 *V/8sccm。V是相应氮化室的W升表示的总容 量。术语"相应氮化室"在此是指在其中进行过渡金属层的氮化的室。
[0098] 通常,该氮化步骤在处于50毫己-800毫己、尤其是100毫己的压力的氮化室中进 行。
[0099] 图6通过表示在氮化室中温度随时间的变化而详细示出了氮化步骤。在第一时间 T1中,氮化室中的温度逐渐升高,例如W2°C/s,一直到1050°C平台。当温度达到200°C时, 则开始W上所指的在畑3下的第一氮化子步骤化1。在该个第一子步骤的过程中,NH3流量 在leOOsccm下保持恒定。在第二时间T2中,与第一子步骤的至少一部分相伴,将温度保持 在1050°C下5分钟至15分钟的时间。在第S时间T3中,继续第一子步骤化1,同时温度在 60s内从1050°C到1000°C。在第四时间T4中,氮化室中的温度被保持在1000°C下5分钟 至15分钟的时间,并且开始第二子步骤化2。在第五时间T5中,停止向氮化室中引入热量, W使得氮化室的温度下降,一直到返回到环境温度。T5的持续时间可对应于氮化室的惰性。 在第五时间T5的过程中的给定时间可继续第二氮化子步骤。第五时间T5可对应于对该室 加热的停止,然后对应于温度的下降,或者也可对应于纳米线生长步骤,如果用于氮化的室 也是专用于合成纳米线的MOCVD室的话。
[0100] 根据一种特别的实施方案,纳米线2的生长步骤在第二氮化子步骤En2之后进行, 或者在第二氮化子步骤
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