[發明專利]一種納米尺度間隙電極對陣列及其制備方法

有效

• 申請號: 201010158860.X
• 申請日: 2010-04-29
• 公開（公告）號: CN101817499A
• 公開（公告）日: 2010-09-01
• 發明（設計）人: 魏芹芹;鄧斯天;趙華波;傅云義;黃如;張興
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: B82B1/00
• 分類號: B82B1/00;B82B3/00
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11360
• 代理人: 張肖琪

技術領域

本發明涉及分子電子器件制備的關鍵技術，具體是一種納米尺度間隙電極對陣列及其制 備方法。

背景技術

分子電子器件有可能作為未來超大規模集成電路中的基本元件，其材料可能為單個分 子、超分子或原子簇等。目前分子電子器件通常采用微加工技術和組裝綜合技術將上述材料 組裝在電極對之間，故電極對之間的間距只能為納米尺度(簡稱為納米尺度間隙電極對)。研 制分子電子器件的關鍵技術是如何大規模制備納米尺度間隙電極對陣列，惟解決該問題才有 可能將分子電子器件形成一定規模的電路。

最近幾年研究人員都在研究如何解決這一難題，傳統光刻技術加工的電極間隙通常為微 米量級，即使是新型的光刻技術(如電子束光刻)也只能制備百納米量級的間隙，要達到數十 納米以下或分子尺度間隙難度很大，更談不上大規模制備。已有的制備納米尺度間隙電極對 的方法有：機械斷裂技術、電遷移斷裂金屬納米線技術和電化學沉積技術，但這些方法工藝 復雜、可控性差，而且僅能制備單個電極對，無法制備電極對的陣列，尤其是無法沿某一或 特定方向實現納米尺度間隙電極對的陣列。

發明內容

本發明的目的在于提供一種制備納米尺度間隙電極對陣列方法。

本發明的技術方案如下：

一種納米尺度間隙電極對陣列，其特征在于，在碳納米管表面上排列有金屬顆粒陣列， 金屬顆粒間距為1-500納米之間，上述金屬顆粒之間的碳納米管全部或部分被除掉，形成納 米尺度間隙的電極對陣列。

碳納米管可為多壁碳納米管、雙壁碳納米管、單壁碳納米管或碳納米管管束。

金屬顆粒可以是金顆粒、銀顆粒、鉑顆粒或銅顆粒。

一種納米尺度間隙電極對陣列的制備方法，其步驟包括：

1)在襯底材料上制備一對微米尺度金屬電極，該金屬電極對上連接有一根或多根碳納米 管，在上述金屬電極上引出金屬絲，；

2)將上述結構浸沒于一含有金屬離子的溶液中，上述金屬絲與所述溶液中的金屬離子發 生氧化還原反應，在碳納米管表面上形成金屬顆粒陣列；

3)將上述結構從溶液中取出，清洗、晾干后，用氧等離子體轟擊，將金屬顆粒之間的碳 納米管全部或部分去除掉，即可獲得納米尺度間隙電極對陣列。

在金屬活動性順序表中，金屬絲位于金屬離子之前，即所述溶液中的金屬離子的氧化還 原勢高于金屬絲。若金屬絲為鋁、鐵、鋅或錫，溶液為氯鉑酸溶液、氯金酸溶液、硝酸銅溶 液或銀氨溶液。

氧等離子體轟擊的具體工藝參數為：氧氣流量為20～200mL/min；微波功率為 100W～300W；真空度為20mTorr～100mTorr；反應時間為10s～600s。

微米尺度金屬電極可通過傳統微電子工藝中的光刻和剝離技術制備，為Au，Pt或Pd金 屬材料。

襯底材料可以是Si/SiO2、石英、玻璃或柔軟的聚合物薄膜。

本發明的技術優點和效果：

本發明利用氧化還原反應，在單根碳納米管(束)上形成大量的金屬納米顆粒-碳納米管- 金屬納米顆粒重復性的周期結構。通過控制金屬離子溶液的濃度和反應時間，將金屬顆粒之 間的距離控制在納米尺度范圍內，然后用氧等離子體轟擊方法將顆粒之間的碳納米管全部或 部分去掉，則可在單根碳納米管(束)上形成一納米尺度間隙電極對陣列。

利用本發明制備納米尺度間隙的電極對陣列的方法，可沿某一或特定方向實現納米尺度 間隙電極對陣列。通過后續的分子原子或納米結構材料的組裝技術，可較容易地實現納米尺 度(包括分子或原子尺度)電子器件陣列。

本發明操作程序簡單，工藝可靠、可控性好、成本低。

附圖說明

下面結合附圖對本發明進一步詳細地說明：

圖1為制備納米尺度間隙電極對陣列的流程示意圖；

圖2為碳納米管表面上排列金屬顆粒陣列的掃描電鏡圖片；

圖3將金屬顆粒之間的碳納米管全部去掉后的納米尺度間隙金屬電極的示意圖；

圖4將金屬顆粒之間的碳納米管部分去掉的納米尺度間隙電極的示意圖。

其中，1-襯底；2-電極；3-碳納米管；4-金屬絲；5-含有金屬離子的溶液；6-金 屬顆粒。

具體實施方式

下面參照本發明的附圖，詳細描述本發明的實施例。