摘 要：本文對(duì)比了兩種在選擇性液相外延生長(zhǎng)GaAs 微探尖結(jié)束后使生長(zhǎng)液與襯底脫離的方法：平推法和旋轉(zhuǎn)石墨舟法。利用掃描電子顯微鏡對(duì)兩種方法得到的GaAs 微探尖表面形貌進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，與平推法相比，通過(guò)旋轉(zhuǎn)石墨舟法制得的GaAs 微探尖表面殘留的生長(zhǎng)液體積大大減小，從而大大改善了GaAs 微探尖的質(zhì)量。
關(guān)鍵詞： GaAs 微探尖；掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡；生長(zhǎng)液；液相外延
1 引 言
21 世紀(jì)是高度信息化的時(shí)代，隨著信息需求量的日益增長(zhǎng)和光電子器件尺寸的日益縮小，高密度信息存儲(chǔ)受到了越來(lái)越多的關(guān)注。為了提高信息存儲(chǔ)的密度，研究者們提出了各種各樣的存儲(chǔ)技術(shù)。掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微術(shù)（SNOM）就是高密度信息存儲(chǔ)研究中的一個(gè)有力工具，它突破了傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡由于光的衍射效應(yīng)產(chǎn)生的分辨率限制，從而可以實(shí)現(xiàn)超高密度大容量信息存儲(chǔ)。
在 SNOM 系統(tǒng)中，探尖是一個(gè)重要部件，它的質(zhì)量和性能直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的分辨率，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)起到了舉足輕重的作用。我們?cè)岢鲞^(guò)一種選擇液相外延(LPE)制備GaAs微探尖的方法，這種方法生長(zhǎng)的GaAS 微探尖陣列分布周期和尺寸可控，表面平整，質(zhì)量高，適于批量生產(chǎn)。但是這種方法存在著一個(gè)明顯的缺陷，制備的金字塔狀GaAs 微探尖幾乎都有一個(gè)錐面上殘留有生長(zhǎng)液，從而影響了微探尖的形貌和性能。針對(duì)此問(wèn)題，本文提出一種改善GaAs 微探尖表面質(zhì)量的生長(zhǎng)液脫片方法。
2 實(shí) 驗(yàn)
整個(gè)實(shí)驗(yàn)分為四部分：掩膜的制備；液相外延生長(zhǎng)窗口的制備；GaAs 微探尖的外延生長(zhǎng)；生長(zhǎng)液與沉底的分離。
實(shí)驗(yàn)中采用的是N型（001）GaAs 襯底。首先在預(yù)處理好的GaAs 襯底上面用電子束蒸發(fā)方法沉積一層厚度約為30nm的SiO2薄膜。然后采用傳統(tǒng)的光刻和濕法刻蝕手段在GaAs 薄膜上面開出邊長(zhǎng)為45μm的正方形周期性生長(zhǎng)窗口。
啟動(dòng)外延爐，待溫度升至870℃時(shí),將1g 的生長(zhǎng)溶劑Ga(純度為99.9999%)裝入石墨舟源槽中,通入氫氣(純度大于99.9999%,流量為5mL/s)30分鐘,排除管中的空氣。然后將外延爐推至石英反應(yīng)管上, 對(duì)Ga在氫氣氛下進(jìn)行高溫脫氧2個(gè)小時(shí)，以便除去Ga 表面的氧化物。脫氧結(jié)束后，將石英管退出爐膛,待溫度降到接近室溫時(shí),將處理好的襯底片及生長(zhǎng)源快速裝入石墨舟相應(yīng)的襯底片槽和生長(zhǎng)源槽中。再次通氫30分鐘，排除管中的空氣后,重新將外延爐推至反應(yīng)管上，在氫氣氛和850℃恒溫下，熔源50分鐘。熔源結(jié)束后，開始以1℃/min的速率降溫,降到815℃時(shí),將襯底推到生長(zhǎng)源的下方，使生長(zhǎng)源與襯底接觸,開始微探尖的生長(zhǎng)，此時(shí)降溫速率仍保持1℃/min,生長(zhǎng)時(shí)間5分鐘。
生長(zhǎng)結(jié)束后，將生長(zhǎng)液與襯底進(jìn)行分離。作為對(duì)比，我們?cè)O(shè)計(jì)了兩種方法：平推法和旋轉(zhuǎn)石墨舟法。在第一種方法中，在外延生長(zhǎng)結(jié)束后，通過(guò)石英桿將生長(zhǎng)液水平推離襯底；第二種方法，在生長(zhǎng)結(jié)束時(shí)，將石墨舟旋轉(zhuǎn)180 度，使生長(zhǎng)液因重力的作用與襯底脫離。
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
平推法制備的GaAs 微探尖陣列的SEM 圖像。這種方法制得的GaAs 微探尖，表面的殘留生長(zhǎng)液非常明顯。利用石墨舟旋轉(zhuǎn)法制備的GaAs 微探尖陣列的SEM 圖像。從圖中可以看出，石墨舟旋轉(zhuǎn)法沒(méi)有完全消除微探尖表面的生長(zhǎng)液，但與平推法相比，殘留的生長(zhǎng)液小了很多，改進(jìn)的效果是比較明顯的。
用平推法和石墨舟旋轉(zhuǎn)法制得的單個(gè)GaAs 微探尖的SEM 圖像。微探尖的底面邊長(zhǎng)為45μm。通過(guò)估算可知，采用平推法制備的GaAs 微探尖表面殘留的生長(zhǎng)液底面直徑為15μm 左右，而石墨舟旋轉(zhuǎn)法制得的微探尖殘留的生長(zhǎng)液底面直徑僅為5μm左右。殘留生長(zhǎng)液體積的顯著減小，可以大大改進(jìn)GaAs 微探尖的表面形貌，從而使微探尖的質(zhì)量得到很大提高。
4 結(jié) 論
用旋轉(zhuǎn)石墨舟法代替原來(lái)的平推法，使制備的微探尖表面殘留的生長(zhǎng)液體積大為減小，因而顯著地改善了微探尖的形貌和性能。這對(duì)于提高SNOM 系統(tǒng)的分辨率，進(jìn)而提高整個(gè)SNOM 系統(tǒng)的性能，起到了重大作用。
關(guān)鍵詞： GaAs 微探尖；掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡；生長(zhǎng)液；液相外延
1 引 言
21 世紀(jì)是高度信息化的時(shí)代，隨著信息需求量的日益增長(zhǎng)和光電子器件尺寸的日益縮小，高密度信息存儲(chǔ)受到了越來(lái)越多的關(guān)注。為了提高信息存儲(chǔ)的密度，研究者們提出了各種各樣的存儲(chǔ)技術(shù)。掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微術(shù)（SNOM）就是高密度信息存儲(chǔ)研究中的一個(gè)有力工具，它突破了傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡由于光的衍射效應(yīng)產(chǎn)生的分辨率限制，從而可以實(shí)現(xiàn)超高密度大容量信息存儲(chǔ)。
在 SNOM 系統(tǒng)中，探尖是一個(gè)重要部件，它的質(zhì)量和性能直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的分辨率，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)起到了舉足輕重的作用。我們?cè)岢鲞^(guò)一種選擇液相外延(LPE)制備GaAs微探尖的方法，這種方法生長(zhǎng)的GaAS 微探尖陣列分布周期和尺寸可控，表面平整，質(zhì)量高，適于批量生產(chǎn)。但是這種方法存在著一個(gè)明顯的缺陷，制備的金字塔狀GaAs 微探尖幾乎都有一個(gè)錐面上殘留有生長(zhǎng)液，從而影響了微探尖的形貌和性能。針對(duì)此問(wèn)題，本文提出一種改善GaAs 微探尖表面質(zhì)量的生長(zhǎng)液脫片方法。
2 實(shí) 驗(yàn)
整個(gè)實(shí)驗(yàn)分為四部分：掩膜的制備；液相外延生長(zhǎng)窗口的制備；GaAs 微探尖的外延生長(zhǎng)；生長(zhǎng)液與沉底的分離。
實(shí)驗(yàn)中采用的是N型（001）GaAs 襯底。首先在預(yù)處理好的GaAs 襯底上面用電子束蒸發(fā)方法沉積一層厚度約為30nm的SiO2薄膜。然后采用傳統(tǒng)的光刻和濕法刻蝕手段在GaAs 薄膜上面開出邊長(zhǎng)為45μm的正方形周期性生長(zhǎng)窗口。
啟動(dòng)外延爐，待溫度升至870℃時(shí),將1g 的生長(zhǎng)溶劑Ga(純度為99.9999%)裝入石墨舟源槽中,通入氫氣(純度大于99.9999%,流量為5mL/s)30分鐘,排除管中的空氣。然后將外延爐推至石英反應(yīng)管上, 對(duì)Ga在氫氣氛下進(jìn)行高溫脫氧2個(gè)小時(shí)，以便除去Ga 表面的氧化物。脫氧結(jié)束后，將石英管退出爐膛,待溫度降到接近室溫時(shí),將處理好的襯底片及生長(zhǎng)源快速裝入石墨舟相應(yīng)的襯底片槽和生長(zhǎng)源槽中。再次通氫30分鐘，排除管中的空氣后,重新將外延爐推至反應(yīng)管上，在氫氣氛和850℃恒溫下，熔源50分鐘。熔源結(jié)束后，開始以1℃/min的速率降溫,降到815℃時(shí),將襯底推到生長(zhǎng)源的下方，使生長(zhǎng)源與襯底接觸,開始微探尖的生長(zhǎng)，此時(shí)降溫速率仍保持1℃/min,生長(zhǎng)時(shí)間5分鐘。
生長(zhǎng)結(jié)束后，將生長(zhǎng)液與襯底進(jìn)行分離。作為對(duì)比，我們?cè)O(shè)計(jì)了兩種方法：平推法和旋轉(zhuǎn)石墨舟法。在第一種方法中，在外延生長(zhǎng)結(jié)束后，通過(guò)石英桿將生長(zhǎng)液水平推離襯底；第二種方法，在生長(zhǎng)結(jié)束時(shí)，將石墨舟旋轉(zhuǎn)180 度，使生長(zhǎng)液因重力的作用與襯底脫離。
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
平推法制備的GaAs 微探尖陣列的SEM 圖像。這種方法制得的GaAs 微探尖，表面的殘留生長(zhǎng)液非常明顯。利用石墨舟旋轉(zhuǎn)法制備的GaAs 微探尖陣列的SEM 圖像。從圖中可以看出，石墨舟旋轉(zhuǎn)法沒(méi)有完全消除微探尖表面的生長(zhǎng)液，但與平推法相比，殘留的生長(zhǎng)液小了很多，改進(jìn)的效果是比較明顯的。
用平推法和石墨舟旋轉(zhuǎn)法制得的單個(gè)GaAs 微探尖的SEM 圖像。微探尖的底面邊長(zhǎng)為45μm。通過(guò)估算可知，采用平推法制備的GaAs 微探尖表面殘留的生長(zhǎng)液底面直徑為15μm 左右，而石墨舟旋轉(zhuǎn)法制得的微探尖殘留的生長(zhǎng)液底面直徑僅為5μm左右。殘留生長(zhǎng)液體積的顯著減小，可以大大改進(jìn)GaAs 微探尖的表面形貌，從而使微探尖的質(zhì)量得到很大提高。
4 結(jié) 論
用旋轉(zhuǎn)石墨舟法代替原來(lái)的平推法，使制備的微探尖表面殘留的生長(zhǎng)液體積大為減小，因而顯著地改善了微探尖的形貌和性能。這對(duì)于提高SNOM 系統(tǒng)的分辨率，進(jìn)而提高整個(gè)SNOM 系統(tǒng)的性能，起到了重大作用。