本發(fā)明屬于量子力學(xué)和納米，尤其涉及一種針對inas納米線混合晶相界面位置的檢測裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、inas納米線是由砷化銦(inas)材料制成的一維納米結(jié)構(gòu)，因其高電子遷移率、窄帶隙(約0.35ev)和顯著的量子效應(yīng)而在電子和光電子器件中具有廣泛應(yīng)用前景。其獨特特性使得inas納米線在高頻電子器件、紅外探測器、光電轉(zhuǎn)換器件以及量子計算元件中表現(xiàn)出色。inas納米線的制備方法包括化學(xué)氣相沉積(cvd)、分子束外延(mbe)和模板法，這些方法能夠有效控制納米線的尺寸和形貌。作為納米科技和半導(dǎo)體研究的重要材料，inas納米線在電子、光電子和量子技術(shù)等領(lǐng)域有望實現(xiàn)更多突破和創(chuàng)新。inas納米線的晶相主要有閃鋅礦(zinc?blende，zb)和纖鋅礦(wurtzite，wz)兩種結(jié)構(gòu)，具體分布和比例取決于生長條件和方法。zb結(jié)構(gòu)屬于立方晶系，具有高對稱性和較少缺陷，通常表現(xiàn)出優(yōu)良的電子遷移率和光學(xué)特性，因此在高性能電子和光電子器件中應(yīng)用廣泛。而wz結(jié)構(gòu)屬于六方晶系，具有更強(qiáng)的量子限域效應(yīng)和獨特的光學(xué)特性，適用于特定的光電子和量子器件。通過調(diào)節(jié)生長條件，如溫度、壓力、前驅(qū)物濃度和基板類型，可以控制inas納米線的晶相。晶相對納米線的性能有重要影響，zb結(jié)構(gòu)有利于提升電子器件的遷移率和光電性能，而wz結(jié)構(gòu)則在特定應(yīng)用中展現(xiàn)出優(yōu)勢。檢測和控制inas納米線的晶相是實現(xiàn)其在各種電子和光電子器件中應(yīng)用的關(guān)鍵。

2、inas納米線的晶相檢測方法包括多種技術(shù)，每種技術(shù)都有其獨特的優(yōu)勢和適用范圍。高分辨透射電子顯微鏡(hrtem)和選區(qū)電子衍射(saed)通過直接觀察納米線的原子排列和衍射圖案，可以精確區(qū)分閃鋅礦和纖鋅礦結(jié)構(gòu)。x射線衍射(xrd)適用于大量納米線樣品，通過分析衍射峰的位置和強(qiáng)度來判斷晶相。拉曼光譜(raman?spectroscopy)通過檢測inas納米線的聲子模來識別其晶相，不同結(jié)構(gòu)會表現(xiàn)出不同的拉曼光譜特征。透射電子顯微鏡(tem)結(jié)合能譜(eds)不僅可以觀察納米線的晶相，還能分析化學(xué)成分。高角環(huán)形暗場掃描透射電子顯微鏡(haadf-stem)通過原子序數(shù)對比成像，可以區(qū)分不同晶相的原子排列。高分辨掃描電子顯微鏡(hrsem)則用于觀察納米線的表面形貌和晶體結(jié)構(gòu)。這些檢測方法存在操作難度大、樣品制備復(fù)雜、樣品破壞性大、成本高昂等缺點。設(shè)計一種操作簡單、分辨率高、成本低的inas納米線混合晶相檢測方法具有重要的現(xiàn)實意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于提供一種針對inas納米線混合晶相界面位置的檢測裝置及方法。針對inas納米線中混合晶相界面位置的檢測。該技術(shù)巧妙地結(jié)合了位置敏感探測器與金屬-絕緣體-半導(dǎo)體(mis)結(jié)構(gòu)中的隧穿效應(yīng)，實現(xiàn)了對晶相變化的高靈敏度電學(xué)檢測。

2、技術(shù)方案：本發(fā)明的一種針對inas納米線混合晶相界面位置的檢測裝置，從上至下依次包括inas納米線、氮化硼和金屬電極；

3、所述金屬電極為粗金屬電極或細(xì)金屬電極；

4、在所述inas納米線兩端設(shè)有第一歐姆電極和第二歐姆電極；其目的在于有效地傳導(dǎo)電流，減少電極和半導(dǎo)體之間的電阻。

5、在所述金屬電極的一頭末端左側(cè)設(shè)有焊盤pad。

6、進(jìn)一步的，所述氮化硼采用脈沖激光沉積技術(shù)pld制備，通過該方法制得相同尺寸的兩片少層六方氮化硼薄膜；在該厚度下發(fā)生的隧穿效應(yīng)較為明顯，從而更好的顯現(xiàn)隧穿電流的大小。所述兩片少層六方氮化硼薄膜為第一氮化硼薄膜和第二氮化硼薄膜，在第一氮化硼薄膜上制作粗金屬電極，在第二氮化硼薄膜上制作細(xì)金屬電極；第一氮化硼薄膜未與粗金屬電極接觸的一面朝上，將待測樣品inas納米線轉(zhuǎn)移到第一氮化硼薄膜上。引入氮化硼的目的是防止inas納米線與金屬電極發(fā)生直接接觸，不僅保護(hù)了陣列電極免受磨損，還顯著提升了其耐用性，使得陣列電極能夠在多次轉(zhuǎn)移過程中保持穩(wěn)定，實現(xiàn)重復(fù)使用。

7、進(jìn)一步的，所述焊盤pad處即為檢測位置點，將檢測點從最右側(cè)電極的焊盤pad上，依次劃過每一個焊盤pad，當(dāng)檢測到電流突變時，將樣品inas納米線轉(zhuǎn)移到第二氮化硼薄膜上且確保細(xì)金屬電極所處區(qū)域覆蓋電流突變位置。

8、進(jìn)一步的，所述粗金屬電極采用傳統(tǒng)光刻技術(shù)制備，最小線寬在1微米以上，數(shù)量在10-50根，采用前后差位遞進(jìn)式結(jié)構(gòu)排列；所述細(xì)金屬電極采用電子束曝光技術(shù)制備，線寬在10-50納米，數(shù)量在50-100根，采用前后差位遞進(jìn)式結(jié)構(gòu)排列；兩根相同長度的金屬電極為一組，行成一前一后交錯并列式排列，從左往右每組電極長度依次增加3-5微米，為焊盤pad預(yù)留足夠的空間，所述焊盤pad的線寬為2-3微米。其目的在于避免由于金屬電極線寬過小而帶來的操作不便，而且能夠延長金屬電極的使用壽命。

9、閃鋅礦zb的電阻率較低，纖鋅礦wz的電阻率較高,由此可以判斷晶相界面位置。

10、本發(fā)明還公開一種針對inas納米線混合晶相界面位置的檢測方法，包括如下步驟：

11、s1、采用歐姆接觸在inas納米線兩側(cè)接上金屬電極；

12、s2、采用脈沖激光沉積技術(shù)pld制備兩片氮化硼薄膜；

13、s3、使用光刻技術(shù)在第一氮化硼薄膜上制備粗金屬電極；

14、s4、使用電子束曝光技術(shù)在第二氮化硼薄膜上制備細(xì)金屬電極；

15、s5、將所有粗金屬電極和細(xì)金屬電極采用焊球凸塊電鍍工藝接上焊盤pad；

16、s6、將第一氮化硼薄膜和第二氮化硼薄膜未與陣列金屬電極接觸的一面朝上，將待測樣品inas納米線轉(zhuǎn)移到第一氮化硼薄膜上；

17、s7、在inas納米線兩端設(shè)有第一歐姆電極和第二歐姆電極，在第一歐姆電極和第二歐姆電極處接上3v正向電壓，將檢測點置于最右端一根電極的焊盤pad上，并接上3v負(fù)向電壓，在納米定位臺上通過近場光學(xué)顯微鏡觀察，觀察到電流突變，將inas納米線從第一氮化硼薄膜上剝離轉(zhuǎn)移到第二氮化硼薄膜上，繼續(xù)從右向左檢測，最終確定混晶相界面位置，由此完成一種inas納米線混晶相界面位置的檢測方法。

18、進(jìn)一步的，步驟s1具體包括如下步驟：

19、s11：使用異丙醇超聲清洗，然后用去離子水沖洗，接著使用氧氣等離子體去除表面有機(jī)污染物；

20、s12:在樣品表面均勻涂覆一層光刻膠，通過電子束曝光在光刻膠上定義電極圖案，然后在顯影液中顯影；

21、s13:使用稀釋的氫氟酸溶液對inas納米線表面進(jìn)行刻蝕，以去除表面氧化層，刻蝕后立即用去離子水沖洗樣品；

22、s14:選擇50-100nm的au作為金屬電極材料，使用磁控濺射沉積金屬薄膜；

23、s15:在氬氣保護(hù)氣氛中，300℃下退火30-60分鐘，以促進(jìn)金屬與半導(dǎo)體的互擴(kuò)散；

24、s16:使用溶劑丙酮去除光刻膠，然后用去離子水沖洗，最終在inas納米線兩側(cè)得到接觸性能良好的歐姆電極。

25、進(jìn)一步的，步驟s2具體包括如下步驟：

26、s21：使用單晶srtio3襯底作為生長ag緩沖層和h-bn薄膜的平臺；

27、s22：襯底通過紅外激光加熱至大約400℃進(jìn)行原位清潔；

28、s23：在襯底上生長40納米厚的ag緩沖層，沉積速率約為2納米每分鐘，生長溫度為150-200℃；

29、s24:接著在200-250℃下沉積氮化硼，沉積速率為0.7納米每分鐘，以實現(xiàn)10-15ml厚的h-bn薄膜。

30、進(jìn)一步的，步驟s3具體包括如下步驟：

31、s31：使用丙酮和異丙醇清洗第一氮化硼薄膜，去除表面污染物，通過烘箱干燥；

32、s32:選擇高分辨率光刻膠su-8，通過旋涂法將光刻膠均勻涂布在氮化硼表面，設(shè)置旋轉(zhuǎn)速度3000rpm，時間30-60秒，接著在80-100℃下軟烘焙2-5分鐘，以去除光刻膠中的溶劑；

33、s33：在紫外曝光機(jī)中，將涂有光刻膠的第一氮化硼薄膜與包含1微米電極圖案的高分辨率掩膜版對準(zhǔn)，并進(jìn)行紫外光曝光，曝光能量設(shè)為200mj/cm2，曝光時間為15-30秒，曝光后，將硅片浸入su-8顯影液中顯影1-2分鐘，并攪拌以促進(jìn)顯影過程，完成后用去離子水沖洗硅片并干燥；

34、s34：顯影后的第一氮化硼薄膜在120℃下進(jìn)行硬烘焙5分鐘，提高光刻膠的抗蝕刻能力；隨后，使用金屬濺射儀或蒸鍍儀在硅片上沉積100-200nm厚的金屬鉻，完成金屬沉積后，將硅片浸入丙酮中剝離光刻膠，輔助使用超聲波清洗器確保剝離完全，最終得到線寬為1微米的電極。

35、進(jìn)一步的，步驟s4具體包括如下步驟：

36、s41:首先準(zhǔn)備并清潔第二氮化硼薄膜，然后旋涂一層pmma，并在150-200℃下烘烤1-2分鐘；

37、s42:接著使用電子束曝光設(shè)備按照設(shè)計圖案在抗蝕劑上刻寫20納米的電極結(jié)構(gòu)；

38、s43：將曝光后的樣品浸入顯影液異丙醇中，顯影時間為30秒至1分鐘，顯影后，用去離子水沖洗并用氮氣吹干；

39、s44：然后通過濺射沉積法沉積金屬電極層；

40、s45：最后使用丙酮剝離處理，去除未覆蓋金屬的抗蝕劑部分。

41、進(jìn)一步的，步驟s6具體包括如下步驟：

42、s61:使用聚二甲基硅氧烷pdms作為轉(zhuǎn)移介質(zhì),在約90℃下持續(xù)15-30分鐘使inas納米線牢牢附著在pdms薄膜上；

43、s62:使用濕法轉(zhuǎn)移技術(shù)將h-bn層轉(zhuǎn)移到臨時襯底聚對苯二甲酸乙二酯pet薄膜上；

44、s63：將制備好的h-bn/pet層放置在inas/pdms組合的表面，接著加熱到約120℃，氣壓控制在0.5mpa，時間為20-30分鐘，將h-bn層與inas納米線結(jié)合起來；

45、s64：通過加入溶劑乙醇和丙酮，去除pdms和pet膜；

46、s65：最后在氬氣中進(jìn)行熱退火，溫度設(shè)定在200-250℃，時間為1-2小時，使用氧等離子清潔界面，去除殘留的有機(jī)物。

47、有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著優(yōu)點：

48、(1)引入了二維新材料六方氮化硼，優(yōu)異的電絕緣性和界面性能，很好的充當(dāng)金屬-絕緣體-半導(dǎo)體(mis)結(jié)構(gòu)中的絕緣體，同時避免了inas納米線與金屬電極發(fā)生直接接觸，不僅保護(hù)了陣列電極免受磨損，還顯著提升了其耐用性，使得陣列電極能夠在多次轉(zhuǎn)移過程中保持穩(wěn)定，實現(xiàn)重復(fù)使用。

49、(2)利用一種創(chuàng)新性的前后差位遞進(jìn)式電極排列結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)粗細(xì)電極最大寬度之間任意位置晶相界面的檢測，極大程度的提高了檢測精度，并在每一根電極的末端接上焊盤pad，避免由于金屬電極線寬過小而帶來的操作不便，而且能夠延長金屬電極的使用壽命。

50、(3)本發(fā)明通過位置敏感探測器與mis結(jié)構(gòu)下隧穿效應(yīng)的結(jié)合，通過隧穿效應(yīng)產(chǎn)生的隧穿電流進(jìn)一步放大了電流與電阻之間的變化關(guān)系，呈指數(shù)級增長，提高了電流變化靈敏度，進(jìn)一步提高檢測精度。

51、(4)本發(fā)明的一種創(chuàng)新性的inas納米線混合晶相界面位置的檢測方法。該發(fā)明針對檢測成本高昂、樣品不能重復(fù)檢測的問題，引入位置敏感探測器和金屬-絕緣體-半導(dǎo)體(mis)結(jié)構(gòu)，在實現(xiàn)高檢測精度的同時降低檢測成本。探測器的設(shè)計采用了正負(fù)電極與inas納米線的巧妙組合，依據(jù)歐姆定律，將納米線的晶相變化轉(zhuǎn)化為可測量的電學(xué)參數(shù)變化。這種方法不僅提高了檢測的靈敏度，而且通過精確控制電學(xué)參數(shù)，增強(qiáng)了結(jié)果的可靠性。

52、(5)本發(fā)明采用了一種特殊的前后差位遞進(jìn)式結(jié)構(gòu)陣列金屬電極布局，并與納米定位臺相結(jié)合，這一設(shè)計不僅放大了電學(xué)參數(shù)的變化靈敏度，而且顯著提高了檢測位置的精確度。這種創(chuàng)新的器件結(jié)構(gòu)，提升了檢測精度，確保了檢測結(jié)果的高可靠性。解決了傳統(tǒng)檢測方法中樣品無法重復(fù)使用的問題，大幅降低了檢測成本，為inas納米線晶相界面的檢測提供了一種經(jīng)濟(jì)高效、操作簡便的解決方案。