一种压力传感结构及其制备方法
一种压力传感结构及其制备方法
【专利说明】一种压力传感结构及其制备方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及一种以硅锗异质结纳米线为敏感源的压力传感结构，还涉及上述压力传感结构的制备方法，属于微纳机电领域。
【背景技术】
[0003]随着工艺技术的不断革新，纳米技术已经成为集成电路领域极其重要的一个组成部分。而硅纳米线、锗纳米线更是在集成电路领域扮演者举足轻重的角色。而且，其在MEMS(微机电系统)乃至NEMS (纳机电系统)中的应用，包括新型结构、新型工艺制备流程、以及与微电子工艺的兼容等，已经吸引了大量的科研工作者的注意力。同样的，除了单一的硅纳米线、锗纳米线以外，硅锗异质结纳米线在传感领域表现出尤为突出的应用潜力，研宄发现，硅锗异质结纳米线相对于单一的硅纳米线抑或锗纳米线具有更灵敏的压阻特性。同样，梁结构作为微机电系统中，最为常见的微传感器。被广泛的应用于气压检测、力检测、质量检测、化学生物检测等领域。然而目前大多的压力传感结构不具备高灵敏度和高精确度的特性。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种带两组列阵式硅锗异质结纳米线敏感源的压力传感结构，本发明压力传感结构不仅具有更高的灵敏度和精确度，而且还具有较高的抗噪声能力。
[0005]本发明还要解决的技术问题是提供上述以硅锗异质结纳米线为敏感源的压力传感结构的制备方法。
[0006]
【发明内容】
:为解决上述技术问题，本发明所采用的技术手段为:
一种压力传感结构，包括硅片基底和多晶硅梁结构，所述多晶硅梁结构呈η型架设在所述硅片基底上，所述多晶硅梁结构上表面并列设有两个压力感应结构，每个所述压力感应结构包括两个相对设置的氮化硅层和位于两个氮化硅层之间的多根硅锗异质结纳米线，所述氮化硅层上还沉积有多晶硅层，所述多根硅锗异质结纳米线呈列阵结构排布。
[0007]其中，每根所述娃锗异质结纳米线的半径为20~60纳米，所述多根娃锗异质结纳米线组成阵列结构的密度为30~60每平方微米。
[0008]上述压力传感结构的制备方法，包括如下步骤:
步骤I，对选好的硅片基底进行清洗处理；
步骤2，在步骤I的硅片基底上沉积二氧化硅牺牲层，并在二氧化硅牺牲层上刻蚀出两个相互平行的带状凹槽结构；
步骤3，采用等离子体化学气相淀积法在二氧化硅牺牲层上淀积多晶硅层；
步骤4，在多晶硅层上表面所需位置淀积两组并列设置的基座，每组所述基座包括两条相对设置的氮化硅绝缘层；
步骤5，利用扫描隧道显微镜探针尖端将多条硅锗异质结纳米线按矩阵式排布安装在每组氮化硅绝缘层之间；
步骤6，利用聚焦离子束技术在每条氮化硅绝缘层上淀积多晶硅层；
步骤7，除去硅片基底上沉积的二氧化硅牺牲层即可。
[0009]其中，步骤5中，所述硅锗异质结纳米线的制备方法为:以单晶硅片为基底，利用电沉积法在单晶硅片基底上得到密度为500-1200每平方微米的锡纳米催化剂层；再将单晶硅片置于450-470°C温度下，先向容器中注入苯硅烷液体，热分解产生硅烷气体，将硅烷气体作为前导气体，利用前导气体在锡纳米催化剂层表面生长出硅纳米片段；接着将温度降至420-440°C，停止硅纳米片段的生长，向容器中注入三苯基锗烷液体，热分解产生锗烷气体，将锗烷气体作为前导气体，在硅纳米片段上生长锗纳米片段；如此反复形成突变界面的娃锗异质结纳米线，直至该娃锗异质结纳米线达到所需长度。
[0010]其中，在单晶硅片基底上沉积锡纳米催化剂层的具体操作方法为:将单晶硅片基底浸没在由混合溶液和表面活性剂组成的微乳液中，对微乳液超声处理20-40分钟，即可在单晶硅片基底上沉积出半径为5-10纳米、密度为500-1200每平方微米的锡纳米催化剂层；其中，所述混合溶液与表面活性剂的体积比为1:6~15，所述混合溶液由浓度为0.01-0.05 mol/L的锡盐溶液和浓度为0.2-0.4 mol/L的氢氟酸溶液组成，表面活性剂为顺丁烯二酸二异辛酯磺酸盐和正庚烷溶液组成，所述表面活性剂的浓度为0.2-0.4mol/Lo
[0011]其中，步骤I中，所述硅片基底先用由氢氟酸、硫酸和双氧水组成的混合溶液浸泡，再用去离子水对硅片基底清洗即可。
[0012]有益效果:本发明压力传感结构采用硅锗异质结纳米线作为敏感源，硅锗异质结纳米线比单一的硅纳米线或单一的锗纳米线具有更灵敏的压阻特性，另外，本发明硅悬臂梁结构中的硅锗异质结纳米线采用阵列方式排布，能够有效解决采用单根纳米线导致硅悬臂梁结构出现灵敏度和精确度不佳的问题；更进一步说，相比于单组列阵式硅锗异质结纳米线敏感源，本发明压力传感结构具有两组列阵式硅锗异质结纳米线敏感源，因此本发明压力传感结构具有更好的灵敏度和精确度，而且还具有高的抗噪声能力；最后，本发明制备方法成本低，简单易行，适于大规模工业化生产。
【附图说明】
[0013]图1为本发明压力传感结构的结构示意图；
图2为本发明压力传感结构中硅片基底的结构示意图；
图3为在硅片基底上沉积二氧化硅牺牲层，并在二氧化硅牺牲层上刻蚀出两个相互平行的带状结构的结构示意图；
图4为在二氧化硅牺牲层上淀积多晶硅层的结构示意图；
图5为在多晶硅层上表面淀积两组带状氮化硅绝缘层的结构示意图；
图6为在每组氮化硅绝缘层之间设置硅锗异质结纳米线以及在每条氮化硅绝缘层上淀积多晶娃层的结构不意图；
图7为本发明压力传感结构的横截面图；
图8为单晶硅片基底上沉积出锡纳米催化剂层； 图9为在锡纳米催化剂层表面生长出硅纳米片段；
图10为在硅纳米片段上生长锗纳米片段；
图11为在锗纳米片段上生长硅纳米片段；
其中，硅片基底1，二氧化硅牺牲层2，多晶硅梁结构3，氮化硅层4，硅锗异质结纳米线5，多晶硅层6，带状凹槽结构7，单晶硅片基底8，锡纳米催化剂层9，硅纳米片段10，锗纳米片段11。
【具体实施方式】
[0014]下面结合具体实施例进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
[0015]如图1所示，本发明的压力传感结构，包括硅片基底I和多晶硅梁结构3，多晶硅梁结构3呈η型架设在硅片基底I上，多晶硅梁结构3上表面并列设有两个压力感应结构，每个压力感应结构包括两个相对设置且相互平行的氮化硅层4和位于两个氮化硅层之间的多根硅锗异质结纳米线5，氮化硅层4上表面还沉积有多晶硅层6，多根硅锗异质结纳米线5呈列阵结构排布，其中，每根硅锗异质结纳米线5的半径为20~60纳米，多根硅锗异质结纳米线5组成的阵列结构的密度为30~60每平方微米。
[0016]图8~11为在单晶硅片8上生长硅锗异质结纳米线的流程图。
[0017]图2~7为本发明压力传感结构制备方法的流程图，本发明压力传感结构的制备方法，包括如下步骤:
步骤1，对选好的硅片基底I先用由氢氟酸、硫酸和双氧水组成的混合溶液浸泡，再用去离子水进行十分钟清洗即可；
步骤2，在步骤I的硅片基底I上沉积二氧化硅牺牲层2，并在二氧化硅牺牲层2上刻蚀出两个相互平行的带状凹槽结构7 ;多晶硅梁结构3的宽度能够影响多晶硅梁结构3上阵列式硅锗异质结纳 米线5的数目，而硅锗异质结纳米线5的数量与产品的灵敏度有直接的关系，所以多晶硅梁结构3的宽度可根据所需要植入的硅锗异质结纳米线5的数量进行调整；
步骤3，采用低压等离子体化学气相淀积法在二氧化硅牺牲层2上淀积多晶硅层3，多晶娃层3呈η型；
步骤4，在多晶硅层3上表面所需位置淀积两组基座，两组基座并列设置，每组基座包括两条相对设置且相互平行的氮化硅绝缘层4，每条氮化硅绝缘层4呈带状；
步骤5，利用扫描隧道显微镜探针尖端将制备完成的硅锗异质结纳米线5在每组基座上进行定位、校准并拉紧硅锗异质结纳米线5的操作，多条硅锗异质结纳米线5按矩阵式排布安装在每组氮化硅绝缘层4之间；
步骤6，利用聚焦离子束技术在每条氮化硅绝缘层4上淀积多晶硅层6 ;在氮化硅绝缘层4上进一步淀积多晶硅层6是为了使硅锗异质结纳米线5与氮化硅绝缘层4的键合更加牢固，防止硅锗异质结纳米线5脱落；
步骤7，除去硅片基底I上沉积的二氧化硅牺牲层2即可得到本发明的压力传感结构。
[0018]其中，硅锗异质结纳米线5的制备方法为:取双面抛光的单晶硅片8为基底，利用电沉积法在单晶硅片8基底上得到密度为500-1200每平方微米的锡纳米催化剂层9 ;再将单晶硅片8基底置于450-470°C温度下，先向容器中注入苯硅烷液体，热分解产生硅烷气体，将硅烷气体作为前导气体，利用前导气体在锡纳米催化剂层9表面生长出硅纳米片段10 ;接着将温度降至420-440°C，停止硅纳米片段10的生长，向容器中注入三苯基锗烷液体，热分解产生锗烷气体，将锗烷气体作为前导气体，在硅纳米片段上生长锗纳米片段11;如此反复形成突变界面的硅锗异质结纳米线5，直至该硅锗异质结纳米线5达到所需长度。
[0019]此时利用扫描隧道显微镜的探针尖端将制备好的硅锗异质结纳米线5装配在每组氮化硅绝缘层4之间，多根硅锗异质结纳米线5组成的阵列密度为30-60每平方微米。
[0020]其中，在单晶硅片8基底上沉积锡纳米催化剂层9的具体操作方法为:将单晶硅片8基底浸没在由混合溶液和表面活性剂组成的微乳液中，对微乳液超声处理20-40分钟，即可在单晶硅片基底上沉积出半径为5-10纳米、密度为500-1200每平方微米的锡纳米催化剂层9 ;其中，所述混合溶液与表面活性剂的体积比为1:6~15，所述混合溶液由浓度为
0.01-0.05 mol/L的锡盐溶液和浓度为0.2-0.4 mol/L的氢氟酸溶液组成，表面活性剂为顺丁烯二酸二异辛酯磺酸盐和正庚烷溶液组成，所述表面活性剂的浓度为0.2-0.4mol/Lo
[0021]本发明的压力传感结构当对多晶硅梁结构3上表面施加应力时，多晶硅梁结构3便会产生应变，进而使两组压力感应结构也产生相应应变，实现应力感知。由于本发明压力传感结构具有两组列阵式硅锗异质结纳米线敏感源，其在应力检测时表现出很高的灵敏度和精确度；即一方面，本发明压力传感结构采用硅锗异质结纳米线作为敏感源，硅锗异质结纳米线比单一的硅纳米线或单一的锗纳米线具有更灵敏的压阻特性，另一方面，本发明压力传感结构具有两组列阵式硅锗异质结纳米线敏感源，从而本发明结构具有更好的灵敏度和精确度，而且还具有高的抗噪声能力。
[0022]本发明压力传感结构的制备方法采用目前硅工艺中成熟的牺牲层工艺，且硅锗异质结纳米线5生长一方面采用成本低廉的锡做为催化剂，另一方面采用成本低廉的溶液气象法反复生长硅纳米片段和锗纳米片段，较常规微型压力传感结构而言，本发明压力传感结构的制备方法成本低，简单易行。
【主权项】
1.一种压力传感结构，其特征在于:包括硅片基底和多晶硅梁结构，所述多晶硅梁结构呈η型架设在所述硅片基底上，所述多晶硅梁结构上表面并列设有两个压力感应结构，每个所述压力感应结构包括两个相对设置的氮化硅层和位于两个氮化硅层之间的多根硅锗异质结纳米线，所述氮化硅层上还沉积有多晶硅层，所述多根硅锗异质结纳米线呈列阵结构排布。2.根据权利要求1所述的压力传感结构，其特征在于:每根所述硅锗异质结纳米线的半径为20~60纳米，所述多根硅锗异质结纳米线组成的阵列结构的密度为30~60每平方微米。3.—种权利要求1所述压力传感结构的制备方法，其特征在于:包括如下步骤: 步骤I，对选好的硅片基底进行清洗处理； 步骤2，在步骤I的硅片基底上沉积二氧化硅牺牲层，并在二氧化硅牺牲层上刻蚀出两个相互平行的带状凹槽结构； 步骤3，采用等离子体化学气相淀积法在二氧化硅牺牲层上淀积多晶硅层； 步骤4，在多晶硅层上表面所需位置淀积两组并列设置的基座，每组所述基座包括两条相对设置的氮化硅绝缘层； 步骤5，利用扫描隧道显微镜探针尖端将多条硅锗异质结纳米线按矩阵式排布安装在每组氮化硅绝缘层之间； 步骤6，利用聚焦离子束技术在每条氮化硅绝缘层上淀积多晶硅层； 步骤7，除去硅片基底上沉积的二氧化硅牺牲层即可。4.根据权利要求3所述压力传感结构的制备方法，其特征在于:步骤5中，所述硅锗异质结纳米线的制备方法为:以单晶硅片为基底，利用电沉积法在单晶硅片基底上得到密度为500-1200每平方微米的锡纳米催化剂层；再将单晶硅片置于450-470°C温度下，先向容器中注入苯硅烷液体，热分解产生硅烷气体，将硅烷气体作为前导气体，利用前导气体在锡纳米催化剂层表面生长出硅纳米片段；接着将温度降至420-440°C，停止硅纳米片段的生长，向容器中注入三苯基锗烷液体，热分解产生锗烷气体，将锗烷气体作为前导气体，在硅纳米片段上生长锗纳米片段；如此反复形成突变界面的硅锗异质结纳米线，直至该硅锗异质结纳米线达到所需长度。5.根据权利要求4所述压力传感结构的制备方法，其特征在于:在单晶硅片基底上沉积锡纳米催化剂层的具体操作方法为:将单晶硅片基底浸没在由混合溶液和表面活性剂组成的微乳液中，对微乳液超声处理20-40分钟，即可在单晶硅片基底上沉积出半径为5-10纳米、密度为500-1200每平方微米的锡纳米催化剂层；其中，所述混合溶液与表面活性剂的体积比为1:6~15，所述混合溶液由浓度为0.01-0.05 mol/L的锡盐溶液和浓度为0.2-0.4 mol/L的氢氟酸溶液组成，表面活性剂为顺丁烯二酸二异辛酯磺酸盐和正庚烷溶液组成，所述表面活性剂的浓度为0.2-0.4mol/L?6.根据权利要求3所述压力传感结构的制备方法，其特征在于:步骤I中，所述硅片基底先用由氢氟酸、硫酸和双氧水组成的混合溶液浸泡，再用去离子水对硅片基底清洗即可。
【专利摘要】本发明公开了一种压力传感结构，包括硅片基底和多晶硅梁结构，所述多晶硅梁结构呈n型架设在所述硅片基底上，所述多晶硅梁结构上表面并列设有两个压力感应结构，所述压力感应结构包括两个相对设置的氮化硅层和位于两个氮化硅层之间的多根硅锗异质结纳米线，所述氮化硅层上还沉积有多晶硅层，所述多根硅锗异质结纳米线呈列阵结构排布。本发明还公开了上述压力传感结构的制备方法，本发明压力传感结构采用硅锗异质结纳米线作为敏感源，硅锗异质结纳米线比单一的硅纳米线或单一的锗纳米线具有更灵敏的压阻特性，另外，本发明压力传感结构具有两组列阵式硅锗异质结纳米线敏感源，从而本发明结构具有更好的灵敏度和精确度，而且还具有高的抗噪声能力。
【IPC分类】G01L9/06, G01L1/18, B81C1/00
【公开号】CN104897319
【申请号】CN201510224539
【发明人】雷双瑛, 韩瑞峰
【申请人】东南大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月6日
【专利说明】一种压力传感结构及其制备方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及一种以硅锗异质结纳米线为敏感源的压力传感结构，还涉及上述压力传感结构的制备方法，属于微纳机电领域。
【背景技术】
[0003]随着工艺技术的不断革新，纳米技术已经成为集成电路领域极其重要的一个组成部分。而硅纳米线、锗纳米线更是在集成电路领域扮演者举足轻重的角色。而且，其在MEMS(微机电系统)乃至NEMS (纳机电系统)中的应用，包括新型结构、新型工艺制备流程、以及与微电子工艺的兼容等，已经吸引了大量的科研工作者的注意力。同样的，除了单一的硅纳米线、锗纳米线以外，硅锗异质结纳米线在传感领域表现出尤为突出的应用潜力，研宄发现，硅锗异质结纳米线相对于单一的硅纳米线抑或锗纳米线具有更灵敏的压阻特性。同样，梁结构作为微机电系统中，最为常见的微传感器。被广泛的应用于气压检测、力检测、质量检测、化学生物检测等领域。然而目前大多的压力传感结构不具备高灵敏度和高精确度的特性。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种带两组列阵式硅锗异质结纳米线敏感源的压力传感结构，本发明压力传感结构不仅具有更高的灵敏度和精确度，而且还具有较高的抗噪声能力。
[0005]本发明还要解决的技术问题是提供上述以硅锗异质结纳米线为敏感源的压力传感结构的制备方法。
[0006]
【发明内容】
:为解决上述技术问题，本发明所采用的技术手段为:
一种压力传感结构，包括硅片基底和多晶硅梁结构，所述多晶硅梁结构呈η型架设在所述硅片基底上，所述多晶硅梁结构上表面并列设有两个压力感应结构，每个所述压力感应结构包括两个相对设置的氮化硅层和位于两个氮化硅层之间的多根硅锗异质结纳米线，所述氮化硅层上还沉积有多晶硅层，所述多根硅锗异质结纳米线呈列阵结构排布。
[0007]其中，每根所述娃锗异质结纳米线的半径为20~60纳米，所述多根娃锗异质结纳米线组成阵列结构的密度为30~60每平方微米。
[0008]上述压力传感结构的制备方法，包括如下步骤:
步骤I，对选好的硅片基底进行清洗处理；
步骤2，在步骤I的硅片基底上沉积二氧化硅牺牲层，并在二氧化硅牺牲层上刻蚀出两个相互平行的带状凹槽结构；
步骤3，采用等离子体化学气相淀积法在二氧化硅牺牲层上淀积多晶硅层；
步骤4，在多晶硅层上表面所需位置淀积两组并列设置的基座，每组所述基座包括两条相对设置的氮化硅绝缘层；
步骤5，利用扫描隧道显微镜探针尖端将多条硅锗异质结纳米线按矩阵式排布安装在每组氮化硅绝缘层之间；
步骤6，利用聚焦离子束技术在每条氮化硅绝缘层上淀积多晶硅层；
步骤7，除去硅片基底上沉积的二氧化硅牺牲层即可。
[0009]其中，步骤5中，所述硅锗异质结纳米线的制备方法为:以单晶硅片为基底，利用电沉积法在单晶硅片基底上得到密度为500-1200每平方微米的锡纳米催化剂层；再将单晶硅片置于450-470°C温度下，先向容器中注入苯硅烷液体，热分解产生硅烷气体，将硅烷气体作为前导气体，利用前导气体在锡纳米催化剂层表面生长出硅纳米片段；接着将温度降至420-440°C，停止硅纳米片段的生长，向容器中注入三苯基锗烷液体，热分解产生锗烷气体，将锗烷气体作为前导气体，在硅纳米片段上生长锗纳米片段；如此反复形成突变界面的娃锗异质结纳米线，直至该娃锗异质结纳米线达到所需长度。
[0010]其中，在单晶硅片基底上沉积锡纳米催化剂层的具体操作方法为:将单晶硅片基底浸没在由混合溶液和表面活性剂组成的微乳液中，对微乳液超声处理20-40分钟，即可在单晶硅片基底上沉积出半径为5-10纳米、密度为500-1200每平方微米的锡纳米催化剂层；其中，所述混合溶液与表面活性剂的体积比为1:6~15，所述混合溶液由浓度为0.01-0.05 mol/L的锡盐溶液和浓度为0.2-0.4 mol/L的氢氟酸溶液组成，表面活性剂为顺丁烯二酸二异辛酯磺酸盐和正庚烷溶液组成，所述表面活性剂的浓度为0.2-0.4mol/Lo
[0011]其中，步骤I中，所述硅片基底先用由氢氟酸、硫酸和双氧水组成的混合溶液浸泡，再用去离子水对硅片基底清洗即可。
[0012]有益效果:本发明压力传感结构采用硅锗异质结纳米线作为敏感源，硅锗异质结纳米线比单一的硅纳米线或单一的锗纳米线具有更灵敏的压阻特性，另外，本发明硅悬臂梁结构中的硅锗异质结纳米线采用阵列方式排布，能够有效解决采用单根纳米线导致硅悬臂梁结构出现灵敏度和精确度不佳的问题；更进一步说，相比于单组列阵式硅锗异质结纳米线敏感源，本发明压力传感结构具有两组列阵式硅锗异质结纳米线敏感源，因此本发明压力传感结构具有更好的灵敏度和精确度，而且还具有高的抗噪声能力；最后，本发明制备方法成本低，简单易行，适于大规模工业化生产。
【附图说明】
[0013]图1为本发明压力传感结构的结构示意图；
图2为本发明压力传感结构中硅片基底的结构示意图；
图3为在硅片基底上沉积二氧化硅牺牲层，并在二氧化硅牺牲层上刻蚀出两个相互平行的带状结构的结构示意图；
图4为在二氧化硅牺牲层上淀积多晶硅层的结构示意图；
图5为在多晶硅层上表面淀积两组带状氮化硅绝缘层的结构示意图；
图6为在每组氮化硅绝缘层之间设置硅锗异质结纳米线以及在每条氮化硅绝缘层上淀积多晶娃层的结构不意图；
图7为本发明压力传感结构的横截面图；
图8为单晶硅片基底上沉积出锡纳米催化剂层； 图9为在锡纳米催化剂层表面生长出硅纳米片段；
图10为在硅纳米片段上生长锗纳米片段；
图11为在锗纳米片段上生长硅纳米片段；
其中，硅片基底1，二氧化硅牺牲层2，多晶硅梁结构3，氮化硅层4，硅锗异质结纳米线5，多晶硅层6，带状凹槽结构7，单晶硅片基底8，锡纳米催化剂层9，硅纳米片段10，锗纳米片段11。
【具体实施方式】
[0014]下面结合具体实施例进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
[0015]如图1所示，本发明的压力传感结构，包括硅片基底I和多晶硅梁结构3，多晶硅梁结构3呈η型架设在硅片基底I上，多晶硅梁结构3上表面并列设有两个压力感应结构，每个压力感应结构包括两个相对设置且相互平行的氮化硅层4和位于两个氮化硅层之间的多根硅锗异质结纳米线5，氮化硅层4上表面还沉积有多晶硅层6，多根硅锗异质结纳米线5呈列阵结构排布，其中，每根硅锗异质结纳米线5的半径为20~60纳米，多根硅锗异质结纳米线5组成的阵列结构的密度为30~60每平方微米。
[0016]图8~11为在单晶硅片8上生长硅锗异质结纳米线的流程图。
[0017]图2~7为本发明压力传感结构制备方法的流程图，本发明压力传感结构的制备方法，包括如下步骤:
步骤1，对选好的硅片基底I先用由氢氟酸、硫酸和双氧水组成的混合溶液浸泡，再用去离子水进行十分钟清洗即可；
步骤2，在步骤I的硅片基底I上沉积二氧化硅牺牲层2，并在二氧化硅牺牲层2上刻蚀出两个相互平行的带状凹槽结构7 ;多晶硅梁结构3的宽度能够影响多晶硅梁结构3上阵列式硅锗异质结纳 米线5的数目，而硅锗异质结纳米线5的数量与产品的灵敏度有直接的关系，所以多晶硅梁结构3的宽度可根据所需要植入的硅锗异质结纳米线5的数量进行调整；
步骤3，采用低压等离子体化学气相淀积法在二氧化硅牺牲层2上淀积多晶硅层3，多晶娃层3呈η型；
步骤4，在多晶硅层3上表面所需位置淀积两组基座，两组基座并列设置，每组基座包括两条相对设置且相互平行的氮化硅绝缘层4，每条氮化硅绝缘层4呈带状；
步骤5，利用扫描隧道显微镜探针尖端将制备完成的硅锗异质结纳米线5在每组基座上进行定位、校准并拉紧硅锗异质结纳米线5的操作，多条硅锗异质结纳米线5按矩阵式排布安装在每组氮化硅绝缘层4之间；
步骤6，利用聚焦离子束技术在每条氮化硅绝缘层4上淀积多晶硅层6 ;在氮化硅绝缘层4上进一步淀积多晶硅层6是为了使硅锗异质结纳米线5与氮化硅绝缘层4的键合更加牢固，防止硅锗异质结纳米线5脱落；
步骤7，除去硅片基底I上沉积的二氧化硅牺牲层2即可得到本发明的压力传感结构。
[0018]其中，硅锗异质结纳米线5的制备方法为:取双面抛光的单晶硅片8为基底，利用电沉积法在单晶硅片8基底上得到密度为500-1200每平方微米的锡纳米催化剂层9 ;再将单晶硅片8基底置于450-470°C温度下，先向容器中注入苯硅烷液体，热分解产生硅烷气体，将硅烷气体作为前导气体，利用前导气体在锡纳米催化剂层9表面生长出硅纳米片段10 ;接着将温度降至420-440°C，停止硅纳米片段10的生长，向容器中注入三苯基锗烷液体，热分解产生锗烷气体，将锗烷气体作为前导气体，在硅纳米片段上生长锗纳米片段11;如此反复形成突变界面的硅锗异质结纳米线5，直至该硅锗异质结纳米线5达到所需长度。
[0019]此时利用扫描隧道显微镜的探针尖端将制备好的硅锗异质结纳米线5装配在每组氮化硅绝缘层4之间，多根硅锗异质结纳米线5组成的阵列密度为30-60每平方微米。
[0020]其中，在单晶硅片8基底上沉积锡纳米催化剂层9的具体操作方法为:将单晶硅片8基底浸没在由混合溶液和表面活性剂组成的微乳液中，对微乳液超声处理20-40分钟，即可在单晶硅片基底上沉积出半径为5-10纳米、密度为500-1200每平方微米的锡纳米催化剂层9 ;其中，所述混合溶液与表面活性剂的体积比为1:6~15，所述混合溶液由浓度为
0.01-0.05 mol/L的锡盐溶液和浓度为0.2-0.4 mol/L的氢氟酸溶液组成，表面活性剂为顺丁烯二酸二异辛酯磺酸盐和正庚烷溶液组成，所述表面活性剂的浓度为0.2-0.4mol/Lo
[0021]本发明的压力传感结构当对多晶硅梁结构3上表面施加应力时，多晶硅梁结构3便会产生应变，进而使两组压力感应结构也产生相应应变，实现应力感知。由于本发明压力传感结构具有两组列阵式硅锗异质结纳米线敏感源，其在应力检测时表现出很高的灵敏度和精确度；即一方面，本发明压力传感结构采用硅锗异质结纳米线作为敏感源，硅锗异质结纳米线比单一的硅纳米线或单一的锗纳米线具有更灵敏的压阻特性，另一方面，本发明压力传感结构具有两组列阵式硅锗异质结纳米线敏感源，从而本发明结构具有更好的灵敏度和精确度，而且还具有高的抗噪声能力。
[0022]本发明压力传感结构的制备方法采用目前硅工艺中成熟的牺牲层工艺，且硅锗异质结纳米线5生长一方面采用成本低廉的锡做为催化剂，另一方面采用成本低廉的溶液气象法反复生长硅纳米片段和锗纳米片段，较常规微型压力传感结构而言，本发明压力传感结构的制备方法成本低，简单易行。
【主权项】
1.一种压力传感结构，其特征在于:包括硅片基底和多晶硅梁结构，所述多晶硅梁结构呈η型架设在所述硅片基底上，所述多晶硅梁结构上表面并列设有两个压力感应结构，每个所述压力感应结构包括两个相对设置的氮化硅层和位于两个氮化硅层之间的多根硅锗异质结纳米线，所述氮化硅层上还沉积有多晶硅层，所述多根硅锗异质结纳米线呈列阵结构排布。2.根据权利要求1所述的压力传感结构，其特征在于:每根所述硅锗异质结纳米线的半径为20~60纳米，所述多根硅锗异质结纳米线组成的阵列结构的密度为30~60每平方微米。3.—种权利要求1所述压力传感结构的制备方法，其特征在于:包括如下步骤: 步骤I，对选好的硅片基底进行清洗处理； 步骤2，在步骤I的硅片基底上沉积二氧化硅牺牲层，并在二氧化硅牺牲层上刻蚀出两个相互平行的带状凹槽结构； 步骤3，采用等离子体化学气相淀积法在二氧化硅牺牲层上淀积多晶硅层； 步骤4，在多晶硅层上表面所需位置淀积两组并列设置的基座，每组所述基座包括两条相对设置的氮化硅绝缘层； 步骤5，利用扫描隧道显微镜探针尖端将多条硅锗异质结纳米线按矩阵式排布安装在每组氮化硅绝缘层之间； 步骤6，利用聚焦离子束技术在每条氮化硅绝缘层上淀积多晶硅层； 步骤7，除去硅片基底上沉积的二氧化硅牺牲层即可。4.根据权利要求3所述压力传感结构的制备方法，其特征在于:步骤5中，所述硅锗异质结纳米线的制备方法为:以单晶硅片为基底，利用电沉积法在单晶硅片基底上得到密度为500-1200每平方微米的锡纳米催化剂层；再将单晶硅片置于450-470°C温度下，先向容器中注入苯硅烷液体，热分解产生硅烷气体，将硅烷气体作为前导气体，利用前导气体在锡纳米催化剂层表面生长出硅纳米片段；接着将温度降至420-440°C，停止硅纳米片段的生长，向容器中注入三苯基锗烷液体，热分解产生锗烷气体，将锗烷气体作为前导气体，在硅纳米片段上生长锗纳米片段；如此反复形成突变界面的硅锗异质结纳米线，直至该硅锗异质结纳米线达到所需长度。5.根据权利要求4所述压力传感结构的制备方法，其特征在于:在单晶硅片基底上沉积锡纳米催化剂层的具体操作方法为:将单晶硅片基底浸没在由混合溶液和表面活性剂组成的微乳液中，对微乳液超声处理20-40分钟，即可在单晶硅片基底上沉积出半径为5-10纳米、密度为500-1200每平方微米的锡纳米催化剂层；其中，所述混合溶液与表面活性剂的体积比为1:6~15，所述混合溶液由浓度为0.01-0.05 mol/L的锡盐溶液和浓度为0.2-0.4 mol/L的氢氟酸溶液组成，表面活性剂为顺丁烯二酸二异辛酯磺酸盐和正庚烷溶液组成，所述表面活性剂的浓度为0.2-0.4mol/L?6.根据权利要求3所述压力传感结构的制备方法，其特征在于:步骤I中，所述硅片基底先用由氢氟酸、硫酸和双氧水组成的混合溶液浸泡，再用去离子水对硅片基底清洗即可。
【专利摘要】本发明公开了一种压力传感结构，包括硅片基底和多晶硅梁结构，所述多晶硅梁结构呈n型架设在所述硅片基底上，所述多晶硅梁结构上表面并列设有两个压力感应结构，所述压力感应结构包括两个相对设置的氮化硅层和位于两个氮化硅层之间的多根硅锗异质结纳米线，所述氮化硅层上还沉积有多晶硅层，所述多根硅锗异质结纳米线呈列阵结构排布。本发明还公开了上述压力传感结构的制备方法，本发明压力传感结构采用硅锗异质结纳米线作为敏感源，硅锗异质结纳米线比单一的硅纳米线或单一的锗纳米线具有更灵敏的压阻特性，另外，本发明压力传感结构具有两组列阵式硅锗异质结纳米线敏感源，从而本发明结构具有更好的灵敏度和精确度，而且还具有高的抗噪声能力。
【IPC分类】G01L9/06, G01L1/18, B81C1/00
【公开号】CN104897319
【申请号】CN201510224539
【发明人】雷双瑛, 韩瑞峰
【申请人】东南大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月6日
最新回复(0)