本發(fā)明屬于復(fù)合器件制作領(lǐng)域，具體涉及一種半導(dǎo)體復(fù)合器件的制備方法及其半導(dǎo)體超導(dǎo)復(fù)合器件。

背景技術(shù)：

1、在復(fù)合器件研究領(lǐng)域中，復(fù)合器件的制作是一切的基礎(chǔ)。不同材料構(gòu)成復(fù)合器件表現(xiàn)出各種迥異的有趣的物理現(xiàn)象。不同的器件結(jié)構(gòu)也表現(xiàn)出不同的現(xiàn)象，用于研究不同的性質(zhì)，推動基礎(chǔ)科學(xué)研究和器件應(yīng)用研究的進(jìn)展。例如，理論預(yù)言強自旋軌道耦合半導(dǎo)體納米線和超導(dǎo)的復(fù)合器件，在平行磁場下可以進(jìn)入拓?fù)鋮^(qū)域，在端點處出現(xiàn)馬約拉納零能摸，用于拓?fù)淞孔佑嬎?。?fù)合器件的制備對基礎(chǔ)科研和未來應(yīng)用有著重要的意義。

2、高質(zhì)量半導(dǎo)體超導(dǎo)復(fù)合器件的制作，目前還有利用納米線遮擋生長超導(dǎo)薄膜和利用smart?wall技術(shù)進(jìn)行復(fù)合器件加工。這兩種方式都可以避免在器件加工中光刻膠的使用，從而得到干凈的界面獲得高質(zhì)量復(fù)合器件。但是這兩種方式都具有很強的局限性，使用不方便。首先是利用納米線或納米片遮擋的方法。利用納米線遮擋的方式，在生長超導(dǎo)薄膜時，可以制作單個結(jié)或者兩個結(jié)。如果采用納米線遮擋，可以使得部分納米線不被超導(dǎo)薄膜覆蓋。這種方式僅限這種簡單結(jié)構(gòu)的器件，并且需要在生長后的基片中尋找合適的被遮擋的納米線。一批器件中，界面的性質(zhì)基本一致，不易獲取不同界面的器件。另外一種方式為利用smart?wall遮擋，這種采用人為構(gòu)建絕緣復(fù)雜結(jié)構(gòu)作為遮擋物，在蒸鍍超導(dǎo)薄膜的時形成器件。因為結(jié)構(gòu)可以利用通用的維納加工方式去構(gòu)建，可以制作相對復(fù)雜的器件。但每一種器件都需要單獨設(shè)計smart?wall和優(yōu)化工藝。這種方式不太靈活，更換器件類型，需要做大量的工作。因此，本發(fā)明利用比較通用的微納加工方式制作復(fù)合器件，工藝可以推廣至不同類型的器件，多種不同的鍍膜方式，并且可以處理界面。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、因此，本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種半導(dǎo)體復(fù)合器件的制備方法及其半導(dǎo)體超導(dǎo)復(fù)合器件，以解決現(xiàn)有復(fù)合器件制作方式不夠靈活通用和過程中無法靈活改變界面性質(zhì)的問題。

2、在闡述本
技術(shù)實現(xiàn)要素：
之前，定義本文中所使用的術(shù)語如下：

3、術(shù)語“pmma”是指：聚甲基丙烯酸甲酯。

4、術(shù)語“vbias”是指：偏置電壓。

5、術(shù)語“背門”是指：以絕緣襯底為電介質(zhì)的柵極。

6、術(shù)語“mibk”是指：甲基異丁基酮。

7、術(shù)語“ipa”是指：異丙醇。

8、術(shù)語“xylene”是指：二甲苯。

9、術(shù)語“p-dioxane”是指：1,4-二氧雜環(huán)己烷。

10、術(shù)語“miak”是指：甲基異戊基酮。

11、術(shù)語“2-pentanone”是指：2-戊酮。

12、術(shù)語“mek”是指：甲基乙酮。

13、術(shù)語“ethanol”是指：乙醇。

14、術(shù)語“tmah”是指：四甲基氫氧化銨。

15、術(shù)語“di”是指：去離子水。

16、術(shù)語“zep”是指：苯乙烯甲基丙烯酸酯基。

17、術(shù)語“ebr-9”是指：電子束曝光第九代光刻膠。

18、術(shù)語“hsq”是指：氫硅酸鹽類。

19、術(shù)語“cop”是指：環(huán)氧聚合物

20、術(shù)語“pbs”是指：聚異丁烯二氧化硫磷酸緩沖鹽溶液。

21、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方面提供了一種半導(dǎo)體復(fù)合器件的制備方法，所述制備方法通過微納加工的方法制備半導(dǎo)體復(fù)合器件，并通過控制微納加工的步驟進(jìn)行界面改性；其中，

22、所述微納加工的方法選自以下一種或多種：電子束曝光、等離子刻蝕、薄膜沉積；

23、優(yōu)選地，所述薄膜沉積的方法選自以下一種或多種：電子束蒸發(fā)、磁控濺射、電阻熱蒸發(fā)。

24、根據(jù)本發(fā)明第一方面的制備方法，其中，所述制備方法包括以下步驟：

25、(1)設(shè)計半導(dǎo)體復(fù)合器件的曝光圖形；

26、(2)在步驟(1)的基礎(chǔ)上進(jìn)行曝光并顯影；

27、(3)在步驟(2)的基礎(chǔ)上，刻蝕半導(dǎo)體材料的界面；

28、(4)在步驟(3)的基礎(chǔ)上沉積薄膜；

29、(5)去膠，剝離多余薄膜，即得所述半導(dǎo)體復(fù)合器件；

30、優(yōu)選地，通過控制步驟(3)的刻蝕條件進(jìn)行界面改性。

31、根據(jù)本發(fā)明第一方面的制備方法，其中，所述步驟(1)中，在設(shè)計半導(dǎo)體材料的曝光圖形之前還包括：在載有半導(dǎo)體材料的襯底基片上旋涂光刻膠并烘烤；

32、優(yōu)選地，所述烘烤的時間為1～15min，更優(yōu)選為1～5min，進(jìn)一步優(yōu)選為1～3min；

33、優(yōu)選地，所述光刻膠選自以下一種或多種：pmma、zep、ebr-9、hsq、pbs、cop，更優(yōu)選選自以下一種或多種：pmma、zep、ebr-9、pbs，進(jìn)一步優(yōu)選為：pmma或zep；和/或

34、優(yōu)選地，所述襯底選自以下一種或多種：sio2、si3n4、本征硅、藍(lán)寶石、gan、云母片、石英玻璃，更優(yōu)選選自以下一種或多種：sio2、si3n4、本征硅、藍(lán)寶石、gan，進(jìn)一步優(yōu)選選自以下一種或多種：sio2、本征硅、藍(lán)寶石。

35、根據(jù)本發(fā)明第一方面的制備方法，其中，所述步驟(2)中，通過電子束曝光系統(tǒng)，根據(jù)步驟(1)設(shè)計的圖形進(jìn)行曝光并顯影；

36、優(yōu)選地，通過所述電子束曝光系統(tǒng)定義復(fù)合器件結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)寬度和位置精度均小于100nm，更優(yōu)選為小于90nm，進(jìn)一步優(yōu)選為小于70nm，更進(jìn)一步優(yōu)選為小于50nm；

37、優(yōu)選地，所述顯影液選自以下一種或多種：mibk:ipa混合溶液、xylene:p-dioxane混合溶液、miak:2-pentanone混合溶液、mek:ethanol混合溶液、tmah:di混合溶液，更優(yōu)選選自以下一種或多種：mibk/ipa混合溶液、xylene/p-dioxane混合溶液、miak/2-pentanone混合溶液，進(jìn)一步優(yōu)選為：mibk:ipa混合溶液或xylene:p-dioxane混合溶液；

38、優(yōu)選地，所述顯影的時間為30～600s，更優(yōu)選為30～300s，進(jìn)一步優(yōu)選為30～180s；和/或

39、優(yōu)選地，所述曝光的時間為1～300s，更優(yōu)選為1～180s，進(jìn)一步優(yōu)選為1～60s。

40、根據(jù)本發(fā)明第一方面的制備方法，其中，所述步驟(3)中，通過等離子體刻蝕系統(tǒng)，去除半導(dǎo)體材料表面的吸附原子和氧化層，并改變界面性質(zhì)。

41、根據(jù)本發(fā)明第一方面的制備方法，其中，所述步驟(3)中，

42、所述刻蝕的時間為5～600s，優(yōu)選為5～240s，更優(yōu)選為5～120s；

43、所述刻蝕的氣體選自以下一種或多種：ar、o2、cf4、sf6、nf3、sicl4、ch4、h2，優(yōu)選選自以下一種或多種：ar、o2、cf4、sf6、nf3、sicl4，更優(yōu)選選自以下一種或多種：ar、o2、cf4、sf6；

44、所述刻蝕的氣壓為≤10pa，優(yōu)選為≤8pa，更優(yōu)選為≤5pa；

45、所述刻蝕的離子束流為≥10ma，優(yōu)選為≥15ma，更優(yōu)選為≥20ma；和/或

46、所述刻蝕的離子束電壓為≤1000v，優(yōu)選為≤800v，更優(yōu)選為≤600v。

47、根據(jù)本發(fā)明第一方面的制備方法，其中，所述步驟(4)中，通過真空傳輸至薄膜沉積腔，以免暴露大氣，造成表面吸附或界面二次氧化；其中，所述薄膜為金屬薄膜；

48、優(yōu)選地，所述薄膜的材料選自以下一種或多種：鋁、鉛、鈮鈦氮、錫，更優(yōu)選選自以下一種或多種：鋁、鉛、鈮鈦氮，進(jìn)一步優(yōu)選為鋁或鉛；和/或

49、優(yōu)選地，所述步驟(4)中還包括使用冷底板提高沉積薄膜質(zhì)量。

50、根據(jù)本發(fā)明第一方面的制備方法，其中，所述步驟(4)中，采用沉積過渡層方式，防止界面直接氧化，然后轉(zhuǎn)移至薄膜沉積設(shè)備進(jìn)行薄膜沉積；其中，所述薄膜為金屬薄膜；

51、優(yōu)選地，所述薄膜的材料選自以下一種或多種：鋁、鉛、鈮鈦氮、錫，更優(yōu)選選自以下一種或多種：鋁、鉛、鈮鈦氮，進(jìn)一步優(yōu)選為鋁或鉛；和/或

52、優(yōu)選地，所述步驟(4)中還包括使用冷底板提高沉積薄膜質(zhì)量。

53、根據(jù)本發(fā)明第一方面的制備方法，其中，所述步驟(5)中，將沉積薄膜后的樣品放入去膠溶液中，剝離多余薄膜，即得所述半導(dǎo)體復(fù)合器件；

54、優(yōu)選地，所述去膠溶液選自以下一種或多種：丙酮、甲基異丁基酮、乙酸丁酯、二甲基甲酰胺、二氯甲烷、丙二醇單甲醚醋酸酯、三氯乙烯、n-甲基吡咯烷酮、甲基乙酮，更優(yōu)選選自以下一種或多種：丙酮、甲基異丙酮、乙酸丁酯、二甲基甲酰胺、丙二醇單甲醚醋酸酯、三氯乙烯，進(jìn)一步優(yōu)選選自以下一種或多種：丙酮、甲基異丙酮、乙酸丁酯、二甲基甲酰胺、丙二醇單甲醚醋酸酯；和/或

55、優(yōu)選地，所述去膠的輔助方法選自以下一種或多種：滴管吹動、氣槍吹動、超聲波震動。

56、本發(fā)明的第二方面提供了一種半導(dǎo)體超導(dǎo)復(fù)合器件,所述半導(dǎo)體超導(dǎo)復(fù)合器件按照第一方面所述的制備方法而制得。

57、根據(jù)本發(fā)明的一個具體的實施例，本發(fā)明通用的制作高質(zhì)量半導(dǎo)體超導(dǎo)復(fù)合器件和界面性質(zhì)調(diào)節(jié)的方法以通用的微納加工方式制作復(fù)合器件，界面性質(zhì)通過步驟之一刻蝕進(jìn)行調(diào)節(jié)。包括如下步驟：

58、(1)利用電子束曝光系統(tǒng)對復(fù)合器件的圖形進(jìn)行定義；

59、(2)利用刻蝕去除半導(dǎo)體材料的氧化層和界面改性。

60、(3)利用薄膜沉積技術(shù)沉積上層材料，制作復(fù)合器件。

61、(4)利用溶劑去膠，剝離多余薄膜獲得所需復(fù)合器件。

62、其中，步驟(1)圖形定義，包括以下步驟：

63、(1)在載有半導(dǎo)體材料的襯底基片上旋涂光刻膠。

64、(2)利用電子書曝光系統(tǒng)根據(jù)需要圖形對光刻膠曝光。

65、(3)將曝光后基片進(jìn)行顯影，獲得需要圖形。

66、其中，步驟(2)中所述的刻蝕表面的制備方法為，利用一定壓力氣體產(chǎn)生等離子體，施加電壓引導(dǎo)等離子體轟擊樣品表面，去除表面氧化層和界面性質(zhì)改變。

67、其中，步驟(3)中所述的薄膜沉積的制備方法，為采用真空傳輸至薄膜沉積腔，避免暴露大氣，造成表面吸附或界面二次氧化?；蛘卟捎贸练e過渡層方式，防止界面直接氧化。然后轉(zhuǎn)移至薄膜沉積設(shè)備進(jìn)行薄膜沉積。

68、其中，步驟(4)中所述的溶劑去膠的制備方法，為根據(jù)不同的膠選擇去膠溶劑，輔助以滴管吹動，氣槍吹動或超聲波震動的方式去除多余薄膜。

69、根據(jù)本發(fā)明的另一個具體的實施例，本發(fā)明方法整合了一套通用的維納加工方式，利用了包括電子束曝光系統(tǒng)，等離子體刻蝕系統(tǒng)和薄膜沉積系統(tǒng)，其中薄膜沉積系統(tǒng)包括但不限于電子束蒸發(fā)鍍膜系統(tǒng)和磁控濺射鍍膜系統(tǒng)，并且鍍膜系統(tǒng)中可以利用改造添加冷底板鍍膜。實現(xiàn)了類似了工藝條件下，對不同類型高質(zhì)量復(fù)合器件的加工和界面性質(zhì)改變。電子束曝光系統(tǒng)可以高精度定義復(fù)合器件結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)寬度和位置精度可以小于100nm。等離子體刻蝕系統(tǒng)，可以利用不同的氣體產(chǎn)生等離子體，以氬氣為例，等離子體整體呈現(xiàn)電中性，但其中ar原子中電子脫離原子，原子呈現(xiàn)正電荷，在電壓作用下可以加速并物理轟擊刻蝕材料表面，達(dá)到去除吸附原子和氧化層的目的。電子束蒸發(fā)鍍膜系統(tǒng)利用電子轟擊金屬材料并加熱融化，材料蒸發(fā)后吸附至沉底表面，形成薄膜。磁控濺射鍍膜系統(tǒng)，靶材施加負(fù)的電壓，腔體沖入惰性氣體，利用高壓加速電子，在磁場作用下電子做回旋運動，增加運動軌跡，撞擊和電力氬原子，產(chǎn)生等離子體，原子變得帶正電，在負(fù)壓加速下轟擊靶材，濺射靶材料團(tuán)簇落到基片上形成薄膜。這些通用的維納加工方式，使得摸索出的方式適用性更加廣泛。

70、為了解決現(xiàn)有復(fù)合器件制作方式不夠靈活通用和過程中無法靈活改變界面性質(zhì)的問題，本發(fā)明的目的是基于傳統(tǒng)通用的維納加工方式，摸索出一套制作高質(zhì)量復(fù)合器件的方式并可以通過刻蝕的方式改變界面性質(zhì)。這套微納加工方式通過結(jié)合電子束曝光、等離子體刻蝕和薄膜沉積技術(shù)，通過優(yōu)化工藝，實現(xiàn)了通用的復(fù)合器件制作和界面性質(zhì)改變。因為維納加工方式的通用性，該方法可以制作不同類型的復(fù)合器件，所受限制比較少，并可以更換不同的薄膜種類，薄膜厚度等，還可以實現(xiàn)低溫薄膜蒸鍍。實現(xiàn)了類似工藝條件下，多種高質(zhì)量復(fù)合器件的加工。為以后利用不同器件進(jìn)行不同類型的研究提供了基礎(chǔ)。

71、本發(fā)明的半導(dǎo)體復(fù)合器件的制備和界面改性方法可以具有但不限于以下有益效果：

72、1、與利用納米線遮擋制作復(fù)合器件相比。該方法可以制備復(fù)雜復(fù)合器件，只需要更改曝光圖形并微調(diào)，就可以制作不同的復(fù)合器件，更換不同的鍍膜源可以獲得不同類型和不同厚度的金屬薄膜，可以利用刻蝕靈活改變界面性質(zhì)。

73、2、與利用smart?wall工藝制作高質(zhì)量器件相比，該工藝摸索好工藝條件好，可以方便的遷移至其他類似類型的器件中，制作相對簡單，可以制作更為復(fù)雜的器件。

74、3、本發(fā)明提供的通用的高質(zhì)量復(fù)合器件微納加工方式，可以通過控制刻蝕時間來改變界面性質(zhì)。該工藝采用的為通用的微納加工手段，包括電子束曝光系統(tǒng)，等離子體刻蝕系統(tǒng)和鍍膜系統(tǒng)。利用電子束曝光的高精度，既可以加工小結(jié)構(gòu)又可以做精準(zhǔn)套刻，可以制作復(fù)雜器件。利用等離子體刻蝕系統(tǒng)，可以去除半導(dǎo)體材料表面的吸附氣體和氧化層，并可以改變界面性質(zhì)。利用鍍膜系統(tǒng)沉積金屬薄膜，其中鍍膜系統(tǒng)可以是電子束蒸發(fā)鍍膜或磁控濺射系統(tǒng)，可以沉積不同金屬材料，不同厚度薄膜。還可以利用冷底板，進(jìn)一步提高薄膜質(zhì)量。我們制作了不同類型的器件，沉積了不同金屬，不同厚度的薄膜。還利用冷底板沉積了特別薄的薄膜。形貌顯示制作了干凈的器件，透射電子顯微鏡圖顯示了薄膜材料在半導(dǎo)體納米線表面外延生長，輸運數(shù)據(jù)觀測到了量子化的電導(dǎo)平臺，并且通過數(shù)據(jù)擬合得到很高的透射系數(shù)。這些都顯示了高質(zhì)量的器件。并且我們觀測到了刻蝕引起的界面能帶彎曲帶來的載流子濃度增加。以上表明，該工藝流程適用不同類型的器件，可以沉積不同材料，形成不同厚度薄膜。還可以通過刻蝕改變界面性質(zhì)。為以后復(fù)合器件的制作和研究提供了堅實基礎(chǔ)。