為了制造納米級(jí)光子和電子設(shè)備，工程師需要由不對(duì)稱金屬制成的電極，這些電極由納米(nm)長(zhǎng)度尺度的間隙隔開。到目前為止，這些電極中的大多數(shù)都是使用高端構(gòu)圖技術(shù)制造的，例如電子束光刻。

雖然已經(jīng)發(fā)現(xiàn)電子束光刻技術(shù)可以在不對(duì)稱金屬電極中進(jìn)行高保真圖案化，但它也存在許多局限性。例如，通常很難大規(guī)模應(yīng)用，因?yàn)樗荒芡瑫r(shí)處理有限數(shù)量的項(xiàng)目，并且僅對(duì)某些材料有效。

阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)(KAUST)和倫敦帝國(guó)理工學(xué)院的研究人員介紹了一種替代方法，該方法可潛在地用于大規(guī)模制備不對(duì)稱納米間隙電極。最近，他們使用了這種技術(shù)(幾年前在《自然通訊》上發(fā)表的一篇論文中首次提出)來制造納米間隙電極設(shè)備。

“我們最近的研究是基于我的小組在2014年偶然發(fā)現(xiàn)的;該方法(即粘附平版印刷術(shù)或'a-Lith')可用于對(duì)由相同或不同金屬制成的兩個(gè)電極進(jìn)行構(gòu)圖的方法彼此之間的距離小于15海里。”進(jìn)行這項(xiàng)研究的首席研究員Thomas D. Anthopoulos對(duì)TechXplore說。“盡管我們最初的興趣是制造自對(duì)準(zhǔn)柵晶體管，但我們很快意識(shí)到，自對(duì)準(zhǔn)電極之間的距離很小(即，長(zhǎng)度小于15 nm的納米間隙)。”

Anthopoulos和他的同事設(shè)計(jì)的制造方法不需要特別復(fù)雜的工具，也可以使用傳統(tǒng)的光刻設(shè)備將其應(yīng)用于大部分材料上。此外，它可以實(shí)現(xiàn)良好的結(jié)果，而不必采用其他且通常昂貴的構(gòu)圖技術(shù)，例如電子束光刻。

當(dāng)他們大約在五年前開始測(cè)試其方法時(shí)，研究人員主要將其用于制造有機(jī)光電納米間隙器件。但是，他們很快意識(shí)到，它還允許使用前體溶液將無機(jī)材料(如ZnO)沉積在納米間隙內(nèi)。

在最近的研究中，Anthopoulos和他的同事使用他們的a-Lith技術(shù)創(chuàng)建了可以在微波和毫米波頻段工作的溶液處理的ZnO肖特基二極管。為了制造這些二極管，他們使用晶圓級(jí)的a-Lith圖案化了兩個(gè)不對(duì)稱的金屬電極，將它們隔開約15 nm的間隙。最后，他們通過在器件襯底上沉積ZnO層來完成它們。

“ a-Lith可以使兩種不同的金屬彼此非常接近地排列，這一事實(shí)使我們能夠分別調(diào)節(jié)兩個(gè)金屬-ZnO觸點(diǎn)的特性，從而使一個(gè)歐姆變成另一個(gè)，而-15 nm消失，從而使整個(gè)平面該設(shè)備的行為就像二極管(即，僅允許電流在一個(gè)方向上流動(dòng)的設(shè)備)，” Anthopoulos說。“這個(gè)關(guān)鍵器件參數(shù)的納米級(jí)尺寸是我們的平面ZnO肖特基二極管具有出色工作特性的原因。”

a-Lith的制造過程相當(dāng)簡(jiǎn)單，因此可能更易于大規(guī)模實(shí)施。它還不需要對(duì)沉積參數(shù)的精確控制，這在創(chuàng)建傳統(tǒng)的垂直型二極管時(shí)通常是必需的。

Anthopoulos說：“使用傳統(tǒng)的光刻技術(shù)并結(jié)合一些關(guān)鍵的處理步驟，可以很容易地在大面積基板(玻璃，硅甚至聚合物)上制造我們的二極管。” “這些步驟使我們能夠在兩個(gè)重疊的金屬電極之間進(jìn)行機(jī)械剝離，從而在兩個(gè)重疊的金屬電極之間形成納米間隙。一旦形成了不對(duì)稱的納米間隙電極，就會(huì)形成ZnO或摻雜鋁的前體溶液通過旋涂將ZnO沉積在頂部，然后在空氣中進(jìn)行最后的熱退火步驟。”

由Anthopoulos制造的二極管具有100 GHz的最大固有截止頻率。此外，研究人員將它們與其他無源電子元件集成在一起以創(chuàng)建射頻能量收集電路，并發(fā)現(xiàn)這些電路在2.45 GHz和10 GHz時(shí)分別達(dá)到600 mV和260 mV的輸出電壓。

Anthopoulos說：“ a-Lith方法是可擴(kuò)展的自下而上技術(shù)如何與既定的自上而下方法巧妙結(jié)合以產(chǎn)生創(chuàng)新的加工范式的有力實(shí)例，該范式提供了優(yōu)于傳統(tǒng)制造技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，” Anthopoulos說。“我們的ZnO二極管首次展示了我們的處理范例如何產(chǎn)生能夠以解決方案處理的大面積電子設(shè)備(尤其是物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設(shè)備生態(tài)系統(tǒng))無法想象的頻率工作的設(shè)備。”

理論上，用于創(chuàng)建這些肖特基二極管的設(shè)計(jì)和制造過程也可以用于開發(fā)其他電路組件，包括電阻器和電容器。將來，這項(xiàng)研究可以為眾多設(shè)備以及單片射頻(RF)電路的開發(fā)和大規(guī)模生產(chǎn)鋪平道路，而無需昂貴且通常不可靠的異構(gòu)組件集成過程。

Anthopoulos說：“我認(rèn)為我們的工作將傳統(tǒng)的射頻電子設(shè)備與印刷的大面積電子設(shè)備的新興領(lǐng)域聯(lián)系起來，并具有實(shí)現(xiàn)許多新應(yīng)用的潛力。” “我們現(xiàn)在正在利用納米間隙技術(shù)開展多個(gè)項(xiàng)目，包括開發(fā)改進(jìn)的，高度可擴(kuò)展的納米光刻技術(shù)，這些技術(shù)在提高分辨率的同時(shí)又易于實(shí)施，同時(shí)還開發(fā)了創(chuàng)新的光電，傳感器和能量收集/發(fā)電設(shè)備。未來對(duì)于我們的大而微小的納米間隙絕對(duì)是明亮的。”

標(biāo)簽： 納米級(jí)肖特基二極管