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TWI490483B - 奈米線帶隙分佈的測量方法 - Google Patents

奈米線帶隙分佈的測量方法 Download PDF

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TWI490483B TW102144674A TW102144674A TWI490483B TW I490483 B TWI490483 B TW I490483B TW 102144674 A TW102144674 A TW 102144674A TW 102144674 A TW102144674 A TW 102144674A TW I490483 B TWI490483 B TW I490483B
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Description

奈米線帶隙分佈的測量方法
本發明涉及一種材料的半導體性的測量方法，尤其涉及一種奈米線的半導體性的測量方法。
奈米線，如矽奈米線，二氧化矽奈米線，氧化鋅奈米線，奈米碳管等，具有準一維結構和獨特的電學性能。現已開展了將奈米線應用於電子器件、場發射技術、生物載藥、儲氫技術等諸多領域的研究工作。
以奈米碳管為例，奈米碳管可分為單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管和多壁奈米碳管，其中單壁奈米碳管作為優良的一維奈米材料，因其具有較高的載流子遷移率而被用作製造場效應電晶體、薄膜電晶體等電子器件，有望取代矽材料而成為下一代微電子器件的關鍵材料。根據單壁奈米碳管直徑和手性(chirality)不同，單壁奈米碳管表現為金屬性和半導體性，先前技術中通常採用去除單壁奈米碳管中的金屬性單壁奈米碳管獲得由純半導體性奈米碳管組成的半導體層。為了進一步驗證上述由純半導體性奈米碳管組成的半導體層的半導體性能，需要測量上述由純半導體性奈米碳管組成的半導體層中的半導體性奈米碳管的帶隙分佈。先前技術中，通常採用原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope, AFM)拍照後，分析出半導體性單壁奈米碳管的直徑，並利用半導體性單壁奈米碳管的直徑與帶隙成反比的線性關係，來計算上述半導體性單壁奈米碳管的帶隙分佈。然而，由於原子力顯微鏡拍攝時間較長，並且只能分析少數幾根半導體性單壁奈米碳管，使得該方法效率較低，並且不適用大規模的檢測。
有鑒於此，提供一種高效並且適用於大規模檢測奈米線的帶隙分佈的方法實為必要。
一種奈米線帶隙分佈的測量方法，包括以下步驟：提供一基體，並於該基體表面設置複數個奈米線，該複數個奈米線平行於基體表面；形成至少一金屬電極於該基體表面，與所述複數個奈米線接觸；對上述形成有複數個奈米線及至少一金屬電極的基體拍攝掃描電子顯微鏡照片，所述掃描電子顯微鏡照片中，所述複數個奈米線中每一奈米線之表面形成一亮帶；分析上述掃描電子顯微鏡照片中所述複數個奈米線的亮帶的長度比例关系，獲得該複數個奈米線的帶隙分佈。
與先前技術相比，本發明提供的奈米線帶隙分佈的測量方法，由於採用於所述複數個奈米線表面形成金屬電極，並與該複數個奈米線相互接觸。從而，於所獲得的掃描電子顯微鏡照片中，該複數個奈米線中的半導體奈米線與金屬電極接觸的部分將沿著該半導體奈米線出現長短不一的亮帶，進一步可以通過該複數個長短不一的亮帶直接直觀獲得上述複數個半導體奈米線的帶隙的分佈。相較先前技術，掃描電子顯微鏡成像速度快，僅需要幾秒鐘就可以成像，並且可以大面積的測試複數個奈米線的帶隙分佈。故 ，該方法具有高效，簡單，並且可以大規模測試的優點。
100‧‧‧基體
102‧‧‧奈米線
104‧‧‧電極
圖1為本發明具體實施例提供的奈米線帶隙分佈的測量方法中，表面設置有金屬電極的複數個奈米線的結構示意圖。
圖2為本發明具體實施例中複數個奈米線為單壁奈米碳管時，於基底表面水平生長形成的複數個單壁奈米碳管的掃描電子顯微鏡的照片。
圖3為本發明具體實施例中的複數個單壁奈米碳管表面形成兩個金屬電極後，拍攝的掃描電子顯微鏡照片。
圖4為本發明具體實施例中選定的三根半導體性單壁奈米碳管與一根金屬性奈米碳管的掃描電子顯微鏡照片的放大圖。
圖5為圖4中的三根半導體性單壁奈米碳管與一根金屬性奈米碳管的掃描電子顯微鏡照片的灰度變化圖。
圖6為圖4中的三根半導體性單壁奈米碳管與一根金屬性奈米碳管的原子力顯微鏡照片。
圖7為圖4中的三根半導體性單壁奈米碳管與一根金屬性奈米碳管的直徑關係圖。
圖8為圖4中的三根半導體性單壁奈米碳管亮帶長度與直徑的關係圖。
下面將結合圖示及具體實施例，對本發明提供的奈米線帶隙分佈的測量方法作進一步的詳細說明。
請參見圖1，本發明具體實施例提供一種奈米線的帶隙分佈的測量方法，包括以下步驟：S1，提供一基體100，於該基體100表面形成複數個奈米線102，該複數個奈米線102平行於基體100表面；S2，形成至少一金屬電極104於所述基體100的表面，並與所述複數個奈米線102相互接觸；S3，對上述形成有複數個奈米線102及至少一金屬電極104的基體100拍攝掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope,SEM)照片；及S4，分析上述掃描電子顯微鏡照片，獲得該複數個奈米線102的帶隙分佈。
步驟S1中，所述基體100的材料可以係矽、二氧化矽、石英等。該基體100的厚度不限，大小不限，只要方便拍攝掃描電子顯微鏡均可。所述奈米線可以係矽奈米線、二氧化矽奈米線、氧化鋅奈米線、奈米碳管、二硫化鉬或石墨烯窄帶等。該奈米線102至少部分具有半導體性。為方便測量，該複數個奈米線102為直線段，亦即該複數個奈米線102中的每一奈米線基本朝著一個方向延伸。該複數個奈米線102亦可以隨機的分佈於基體100表面，只要該複數個奈米線102平行於該基體100表面即可。優選地，該複數個奈米線102間隔設置，彼此之間並不相互接觸。該複數個奈米線102可以採用直接生長的方法水平生長於基體100表面，或者亦可以採用轉移的方法從其他生長基體轉移至該基體100表面。優選地，所述基體100的表面為一平面，該複數個奈米線102相互 平行且相互間隔地設置於所述基體100的同一表面，從而構成一個具有定向導電的半導體層。
本實施例中，該複數個奈米線102為單壁奈米碳管。該單壁奈米碳管中，可以全部係半導體性的，或者亦可以三分之二係半導體性的。該複數個單壁奈米碳管中的金屬性的單壁奈米碳管對測量結果並無影響，只要該複數個單壁奈米碳管中包含半導體性的單壁奈米碳管即可。該複數個單壁奈米碳管可以直接生長或者轉移至所述基體100。
所述水平生長複數個單壁奈米碳管的方法包括很多種。本實施例中，採用“石英晶格導向法”於一石英基底表面形成複數個平行間隔排列的單壁奈米碳管，具體包括以下步驟：S11，提供ST-cut石英基底；S12，於該石英基底表面蒸鍍催化劑層，該催化劑層為鐵(厚度為0.2奈米)；S13，將上述沉積有催化劑層的石英基底放入石英管中，於800~850攝氏度範圍內，通入碳源氣體甲烷和還原氣體氫氣生長10~20分鐘。
請參見圖2，上述通過“石英晶格導向法”於基底的表面水平生長獲得的複數個相互平行並間隔設置的單壁奈米碳管。所述複數個單壁奈米碳管具有相等的長度，該長度為100微米；相鄰單壁奈米碳管之間的距離為200奈米至1000奈米。另外，可以理解，通過上述“石英晶格導向法”於基底的表面水平生長獲得的複數個相互平行並間隔設置的單壁奈米碳管還可以轉移至一矽基體表 面。此外，還可以用氣流導向法或電場導向的方法獲得於基體表面水平排列的奈米碳管。
步驟S2中，所述金屬電極104的材料不限，只要能夠與其接觸的所述奈米線102之間接觸形成肖特基結(Schottky barrier)即可。該金屬電極104的材料可以係鈦、鈀、金、鉻、鋁或鈧等。該金屬電極104的形狀及寬度不限，只要保證與每一個奈米線102都部分接觸，並且保證每一個奈米線102都可以測量即可。換句話說，所述複數個奈米線102中每個奈米線102都有部分與所述至少一金屬電極104接觸，並且部分延伸於外，延伸於外的部分可以被掃描電子顯微鏡測量。本實施例中，該金屬電極104為條帶狀，寬度可以為2微米至10微米。
本實施例中，兩條金屬電極104為金屬材料通過電子束曝光(electron beam lithography)製成，該金屬電極104的材料為鈦，其寬度為5微米。具體地，該金屬電極104的形成方法包括以下步驟：S21，於基體100表面形成第一抗蝕劑層(Methyl Methacrylate,MMA)，覆蓋所述複數個奈米線102；S22，於基體100表面形成第二抗蝕劑層(poly(methyl methacrylate),PMMA)覆蓋所述第一抗蝕劑層；S23，電子束曝光形成所需的圖案；S24，蒸鍍金屬電極104與所述複數個奈米線102相互接觸；S25，去除剩餘的抗蝕劑。
請參見圖3，本實施例中，所述複數個平行排列的奈米線102表面，設置有兩個相互平行的金屬電極104。該相互平行的金屬電極104與所述複數個奈米線102相互垂直。
步驟S3中，形成有複數個奈米線102及至少一金屬電極104的基體100由電子掃描顯微鏡裝置拍攝電子掃描顯微鏡照片。請參見圖3，於金屬電極104與奈米線102接觸的地方沿著金屬電極104延伸的方向出現複數條長短不一的亮帶，每一條亮帶對應一個奈米線102。每一個奈米線102上面都有一根亮帶，該亮帶沿著奈米線102延伸。圖3中的奈米線102為單壁奈米碳管，亮帶的長度與該單壁奈米碳管的長度相等時，該單壁奈米碳管為金屬性的奈米碳管。亮帶的長度與該單壁奈米碳管的長度不相等時，該單壁奈米碳管為半導體性的奈米碳管。換句話說，圖3中的單壁奈米碳管亮度係連續的，沒有間斷，形成一整條亮帶的，那麼就係金屬性的單壁奈米碳管，反之就係半導體性的單壁奈米碳管。
由於金屬與半導體接觸可以形成肖特基結，於肖特基結區產生了一定長度的空間電荷區。該空間電荷區帶負電，導致掃描電子顯微鏡中的二次電子發射增多，從而掃描電子顯微鏡的成像亮度增加，形成一亮帶對應空間電荷區。
步驟S4中，為了計算圖3中半導體性單壁奈米碳管的帶隙分佈，定義半導體性單壁奈米碳管亮帶的長度為LBS。上述半導體性單壁奈米碳管亮帶的長度LBS可以通過先前技術中的任何分析方法獲得，可以用尺度量，或者用電腦繪圖軟體測量。請參見圖4，任意取出圖3中四個與一個金屬電極104接觸的單壁奈米碳管為例。圖4中右側的放大圖中四個單壁奈米碳管中的三個係半導體性的單 壁奈米碳管，一個係金屬性的單壁奈米碳管。請參見圖5，圖5為圖4中的三根半導體性單壁奈米碳管與一根金屬性奈米碳管的掃描電子顯微鏡照片的灰度變化圖。從圖5中可以清楚讀出每一根半導體性單壁奈米碳管的LBS值，分別係1.25微米，1.91微米，2.60微米。通過每一根半導體性單壁奈米碳管的LBS值可以分析出各個半導體性單壁奈米碳管LBS的比例關係。由於半導體性的單壁奈米碳管的帶隙Eg與半導體性的單壁奈米碳管的直徑d成反比。為了驗證半導體性單壁奈米碳管的LBS值與其帶隙Eg的關係，需要測出圖4中選定的三根半導體性單壁奈米碳管的直徑d。
請參閱圖6，通過原子力顯微鏡對圖4中選定的四個單壁奈米碳管拍攝原子力顯微鏡照片。圖7為圖5中的三根半導體性單壁奈米碳管的直徑的關係圖。從圖7中可以直接獲得上述三根半導體性單壁奈米碳管的直徑d，分別係1.12奈米，1.45奈米，1.71奈米。請參閱圖8，圖8可以看出，上述三根半導體性單壁奈米碳管的LBS與直徑d具有線性關係，並且LBS與d成正比。故，可以得出結論，圖5掃描電子顯微鏡照片中，半導體性單壁奈米碳管的亮帶長度LBS與半導體性單壁奈米碳管的帶隙Eg成反比。半導體性單壁奈米碳管的直徑越大，其亮帶長度越長。故，步驟S4中，通過有金屬電極104的複數個奈米線102拍攝的掃描電子顯微鏡照片，測量出該複數個奈米線102中每個半導體性的奈米線的亮帶長度，就可以直接分析出複數個奈米線102的帶隙分佈情況。可以對先前技術中，製備具有均勻的帶隙的定向導電的半導體層有指導意義。
相較先前技術，本發明提供的奈米線帶隙分佈的測量方法掃描電 子顯微鏡成像速度快，僅僅需要幾秒鐘就可以成像，並且可以大面積的測試複數個半導體奈米線的帶隙分佈。故，該方法具有高效，簡單，並且可以大規模測試的優點。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
100‧‧‧基體
102‧‧‧奈米線
104‧‧‧電極

Claims (10)

  1. 一種奈米線帶隙分佈的測量方法，包括以下步驟：提供一基體，並於該基體表面設置複數個奈米線，該複數個奈米線平行於基體表面；形成至少一金屬電極於該基體表面，與所述複數個奈米線接觸；對上述形成有複數個奈米線及至少一金屬電極的基體拍攝掃描電子顯微鏡照片，所述掃描電子顯微鏡照片中，所述複數個奈米線中每一奈米線之表面形成一亮帶；分析上述掃描電子顯微鏡照片中所述複數個奈米線的亮帶的長度比例關係，獲得該複數個奈米線的帶隙分佈。
  2. 如請求項1所述的奈米線帶隙分佈的測量方法，其中，所述複數個奈米線包括半導體性的矽奈米線、二氧化矽奈米線、氧化鋅奈米線、奈米碳管、二硫化鉬或石墨烯窄帶中之一種。
  3. 如請求項1所述的奈米線帶隙分佈的測量方法，其中，所述複數個奈米線相互平行且間隔設置。
  4. 如請求項3所述的奈米線帶隙分佈的測量方法，其中，所述至少一金屬電極為條形，並與所述複數個奈米線相互垂直。
  5. 如請求項1所述的奈米線帶隙分佈的測量方法，其中，所述複數個奈米線中每個奈米線部分與所述至少一金屬電極接觸，部分延伸在外。
  6. 如請求項1所述的奈米線帶隙分佈的測量方法，其特徵在於，所述金屬電極的材料為鈦、鈀、金、鉻、鋁或鈧中之一種。
  7. 如請求項1所述的奈米線帶隙分佈的測量方法，其中，所述形成有複數個奈米線及至少一金屬電極的基體拍攝掃描電子顯微鏡照片中，奈米線與 所述金屬電極接觸點沿著該奈米線形成一亮帶。
  8. 如請求項1所述的奈米線帶隙分佈的測量方法，其中，所述分析上述掃描電子顯微鏡照片包括通過測量所述亮帶的長度。
  9. 如請求項7所述的奈米線帶隙分佈的測量方法，其中，所述分析上述掃描電子顯微鏡照片包括通過掃描電子顯微鏡照片獲得所述複數個奈米線的圖元灰度圖來讀取所述亮帶的長度。
  10. 如請求項7所述的奈米線帶隙分佈的測量方法，其中，該複數個奈米線的帶隙分佈通過測量所述複數個奈米線中半導體性的奈米線亮帶的長度分佈實現，半導體性的奈米線帶隙的分佈正比於半導體性的奈米線的亮帶的長度分佈。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108020573B (zh) * 2016-10-31 2019-12-17 清华大学 区分碳纳米管类型的方法
CN108963077B (zh) * 2017-05-17 2020-03-17 清华大学 薄膜晶体管
CN108946658B (zh) * 2017-05-17 2020-03-17 清华大学 碳纳米管结构
CN107574456B (zh) * 2017-07-26 2020-01-14 肇庆市华师大光电产业研究院 一种超薄二硫化钼纳米片/硅纳米线异质结结构的制备方法
CN113120881B (zh) * 2020-01-15 2022-10-18 清华大学 半导体型碳纳米管的获取方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200525054A (en) * 2003-12-31 2005-08-01 Intel Corp Methods of producing carbon nanotubes using peptide or nucleic acid micropatterning
US20060269688A1 (en) * 2003-04-15 2006-11-30 Hahn-Meitner-Institut Berlin Gmbh Electrochemical method for the direct nanostructured deposition of material onto a substrate, and semiconductor component produced according to said method

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100560811C (zh) * 2004-08-28 2009-11-18 清华大学 硅纳米线结构及其生长方法
JP2012521655A (ja) * 2009-03-25 2012-09-13 クナノ アーベー ショットキーデバイス

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060269688A1 (en) * 2003-04-15 2006-11-30 Hahn-Meitner-Institut Berlin Gmbh Electrochemical method for the direct nanostructured deposition of material onto a substrate, and semiconductor component produced according to said method
TW200525054A (en) * 2003-12-31 2005-08-01 Intel Corp Methods of producing carbon nanotubes using peptide or nucleic acid micropatterning

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