通过粘合光刻技术制备的纳米级肖特基二极管

为了制造纳米级光子和电子设备，工程师需要由不对称金属制成的电极，这些电极由纳米(nm)长度尺度的间隙隔开。到目前为止，这些电极中的大多数都是使用高端构图技术制造的，例如电子束光刻。

虽然已经发现电子束光刻技术可以在不对称金属电极中进行高保真图案化，但它也存在许多局限性。例如，通常很难大规模应用，因为它只能同时处理有限数量的项目，并且仅对某些材料有效。

阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)和伦敦帝国理工学院的研究人员介绍了一种替代方法，该方法可潜在地用于大规模制备不对称纳米间隙电极。最近，他们使用了这种技术(几年前在《自然通讯》上发表的一篇论文中首次提出)来制造纳米间隙电极设备。

“我们最近的研究是基于我的小组在2014年偶然发现的;该方法(即粘附平版印刷术或'a-Lith')可用于对由相同或不同金属制成的两个电极进行构图的方法彼此之间的距离小于15海里。”进行这项研究的首席研究员Thomas D. Anthopoulos对TechXplore说。“尽管我们最初的兴趣是制造自对准栅晶体管，但我们很快意识到，自对准电极之间的距离很小(即，长度小于15 nm的纳米间隙)。”

Anthopoulos和他的同事设计的制造方法不需要特别复杂的工具，也可以使用传统的光刻设备将其应用于大部分材料上。此外，它可以实现良好的结果，而不必采用其他且通常昂贵的构图技术，例如电子束光刻。

当他们大约在五年前开始测试其方法时，研究人员主要将其用于制造有机光电纳米间隙器件。但是，他们很快意识到，它还允许使用前体溶液将无机材料(如ZnO)沉积在纳米间隙内。

在最近的研究中，Anthopoulos和他的同事使用他们的a-Lith技术创建了可以在微波和毫米波频段工作的溶液处理的ZnO肖特基二极管。为了制造这些二极管，他们使用晶圆级的a-Lith图案化了两个不对称的金属电极，将它们隔开约15 nm的间隙。最后，他们通过在器件衬底上沉积ZnO层来完成它们。

“ a-Lith可以使两种不同的金属彼此非常接近地排列，这一事实使我们能够分别调节两个金属-ZnO触点的特性，从而使一个欧姆变成另一个，而-15 nm消失，从而使整个平面该设备的行为就像二极管(即，仅允许电流在一个方向上流动的设备)，” Anthopoulos说。“这个关键器件参数的纳米级尺寸是我们的平面ZnO肖特基二极管具有出色工作特性的原因。”

a-Lith的制造过程相当简单，因此可能更易于大规模实施。它还不需要对沉积参数的精确控制，这在创建传统的垂直型二极管时通常是必需的。

Anthopoulos说：“使用传统的光刻技术并结合一些关键的处理步骤，可以很容易地在大面积基板(玻璃，硅甚至聚合物)上制造我们的二极管。” “这些步骤使我们能够在两个重叠的金属电极之间进行机械剥离，从而在两个重叠的金属电极之间形成纳米间隙。一旦形成了不对称的纳米间隙电极，就会形成ZnO或掺杂铝的前体溶液通过旋涂将ZnO沉积在顶部，然后在空气中进行最后的热退火步骤。”

由Anthopoulos制造的二极管具有100 GHz的最大固有截止频率。此外，研究人员将它们与其他无源电子元件集成在一起以创建射频能量收集电路，并发现这些电路在2.45 GHz和10 GHz时分别达到600 mV和260 mV的输出电压。

Anthopoulos说：“ a-Lith方法是可扩展的自下而上技术如何与既定的自上而下方法巧妙结合以产生创新的加工范式的有力实例，该范式提供了优于传统制造技术的独特优势，” Anthopoulos说。“我们的ZnO二极管首次展示了我们的处理范例如何产生能够以解决方案处理的大面积电子设备(尤其是物联网(IoT)设备生态系统)无法想象的频率工作的设备。”

理论上，用于创建这些肖特基二极管的设计和制造过程也可以用于开发其他电路组件，包括电阻器和电容器。将来，这项研究可以为众多设备以及单片射频(RF)电路的开发和大规模生产铺平道路，而无需昂贵且通常不可靠的异构组件集成过程。

Anthopoulos说：“我认为我们的工作将传统的射频电子设备与印刷的大面积电子设备的新兴领域联系起来，并具有实现许多新应用的潜力。” “我们现在正在利用纳米间隙技术开展多个项目，包括开发改进的，高度可扩展的纳米光刻技术，这些技术在提高分辨率的同时又易于实施，同时还开发了创新的光电，传感器和能量收集/发电设备。未来对于我们的大而微小的纳米间隙绝对是明亮的。”

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