掩模板法制备单根In2O3 纳米带器件

艾 鹏 蔡 彦 杜国芳 马殿旭 李 旋 李 波

(昭通学院物理与信息工程学院，云南 昭通 657000)

1 概述

目前，科学技术日益进步，器件不断朝着高集成性、低功耗以及小尺寸等方向发展，微米技术已经不能满足需求。随着对器件高集成度的需求，需要尽量减少器件的特征尺寸。纳米技术的出现以及纳米材料所表现出的优异性质使得其发展迅速，也被应用到了各个领域。纳米材料的小尺寸效应[1]使得材料出现新的特性；表面效应[2]使粒子表面原子变得极其活跃；量子尺寸效应[3]使纳米微粒表现出与宏观物体截然不同的反常特性，因此，在催化、电磁、以及生物活性等方面呈现出较好的物理化学特性，应用前景广阔[4]。其在纳米光电子器件、纳米电极材料以及储氢能源材料[5]等应用领域已逐渐成为研究热点。

从首次研制出碳纤维[6]到发现碳纳米管[7]，不断发展了对一维纳米材料的研究。近年来，各种制备方法合成的一维纳米材料陆续出现，如纳米线、半导体量子线[8]、纳米带和纳米线阵列[9]等，随着一维纳米材料家族成员日益增多，科学家对这些新型材料的实验研究，将为进一步研究纳米结构和准一维纳米材料的性能，建立一维纳米材料的新理论，同时，使得纳米结构器件的应用不断发展。

2 实验部分

2.1 试剂与仪器

氧化铟（纳米In2O3，纯度≥99.99%）；碳粉；银线、银浆。

SGL-1700 三温区真空管式炉；掩模板，Keithley 4200 半导体测试系统。

2.2 In2O3 纳米带的制备

In2O3纳米带是在三温区真空管式炉中采用碳热还原法制备的。实验中将高纯的In2O3粉末与碳粉以3:1 的比例均匀混合装入陶瓷舟，并置入干净刚玉管中。在距刚玉管加热中心10 cm处放置硅片，随后将刚玉管置入真空管式炉进行升温。在升温前，利用N2对刚玉管内部进行多次清洗，尽可能排除管内的空气。准备工作完成后以10/min 的升温速率将炉温升至1150℃，保持管内压强为112.5 torr，并恒温2 小时，实验结束后所得的白色絮状物质即为所需的In2O3纳米材料。

2.3 单根氧化铟纳米带器件的制备

所制备的单根In2O3纳米带器件示意图如图1。中间部分为实验中采用碳热还原法制得的In2O3纳米带，黄色部分为Ti-Au电极，下方为二氧化硅绝缘层和硅基底。

图1 单根In2O3 纳米器件示意图

单根In2O3纳米带器件采用掩模板法制备。如图2 所示，其过程如下：

图2 掩模板法制备单根In2O3 纳米带器件过程

首先，将制备好的In2O3纳米材料取一部分到酒精中进行分散，在硅片上滴一滴分散后的酒精溶液放到显微镜下观察，直至能在硅片上看到有较为均匀分布的纳米带。其次，用如图2所示模板盖住分散有纳米带的硅片，进行电极的制作，在溅射沉积80nm 的金(Au)前先溅射沉积约8nm 的钛(Ti)以便电极与纳米带稳固连接。最后，待沉积结束后，移去模板，电极制作完成。

2.4 氧化铟纳米带器件的测量

在光学显微镜下找到两端被Ti-Au 电极覆盖的单根氧化铟纳米带，如图3(右)所示，为光学显微镜下的单根In2O3纳米带图片，其很好的被Ti-Au 电极覆盖。随后通过探针与符合要求的电极连接，利用Keithley 4200 半导体测试系统进行测量，对满足欧姆接触的电极使用银线及银浆进行引线，以便减小除纳米带以外电阻的影响。如图3(左)为制备好的器件。随后将器件的两个电极连接到Keithley 4200 测试仪上，测试其欧姆特性，从图4 可以看出，器件具有良好的欧姆接触。

图3 单根In2O3 纳米带器件(左)和单根In2O3 纳米带(右)

图4 器件欧姆接触

3 结果与讨论

通过碳热还原的方法得到了In2O3纳米带，用掩模板构建了基于单根In2O3纳米带的器件如图3 所示；通过Keithley 4200测试仪对器件进行欧姆特性测试，结果表明，所制备的器件具有良好的欧姆接触。