[發明專利]一種具有納米間隙的異質電極對的制作方法

在審

• 申請號: 201410084254.6
• 申請日: 2014-03-10
• 公開（公告）號: CN103903970A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 趙尚騫;梁文杰;呂文剛;張余春;呂燕
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

技術領域

本發明涉及一種具有納米間隙的異質電極對的制作方法，特別是涉及一種應用在單分子晶體管，單分子整流器，單分子自旋器件等領域的納米間隙異質電極對的制作方法。?

背景技術

傳統的基于硅材料及相關工藝的微電子學已經逐步逼近了其能力極限。隨著器件的不斷小型化與集成化，未來的電子學器件的基本功能單元很可能是一系列的單分子。因此分子電子學存在著巨大的潛在科技和應用價值，其應用領域包括電子、傳感、探測、生物、醫學等諸多方面，其產品包括諸如單分子開關、單分子整流器、單分子存儲器、單分子晶體管、單分子傳感器等一批未來新的基于單分子級別的功能化器件。這些分子器件將具有更低的功耗、更高的速度以及更高的集成度。單分子器件實現的最大困難在于單個分子尺寸很小，該分子尺寸在0.5-2nm之間，這就需要制作間隙在1-2nm的電極對將分子連入電路中。傳統的微加工工藝如電子束曝光結合圖形轉移技術制作的納米電極對的間隙最小也只能做到4-5nm，而且這對儀器以及操作水平都有極高的要求，是傳統微加工的極限水平。那么，人們開發了一些特殊的制作納米間隙電極對的方法。常見的包括：?

1.機械斷裂法：該方法是通過對一根金屬納米線施加外力使其斷裂，則在斷裂處可以形成間隙很小的電極對結構。施加外力的方法包括用掃描隧道顯微鏡的針尖拉扯，或者將金屬納米線放置在柔性襯底上，從襯底下方通過壓電陶瓷施加一個向上的力使襯底向上形變，從而使納米線斷裂，形成電極對。?

2.電致斷裂法：該方法是通過對金屬納米線施加大電流，電流使納米線在最細處斷裂，控制所施加的電壓及電流的大小，可以制備具有納米間隙的電極對。?

之前的這些方法制作的納米電極對兩電極為同一種金屬材料，而無法制作兩電極材料不同的電極對，而這種異質電極對在單分子整流器，單分子自旋器件中通常是必不可少的。?

發明內容

針對現有技術的方法無法制作納米間隙異質電極對的情況，本發明的目的在于提供一種可以制作兩種不同材料的具有1-2nm間隙的電極對的方法。?

為實現上述目的，本發明公開了一種具有納米間隙的異質電極對的制作方法，該方法包括以下步驟：?

（1）首先在襯底表面旋涂電子束抗蝕劑，然后電子束曝光、顯影、定影，用金屬沉積方法做出金屬電極Ⅰ，再經過溶脫獲得電極Ⅰ陣列；?

（2）在完成第一步驟的所述襯底上再次涂上電子束抗蝕劑，運用電子束曝光中的套刻技術在電極Ⅰ陣列旁曝光出電極Ⅱ陣列圖形，接著顯影、定影、沉積金屬電極Ⅱ，再經過溶脫獲得電極Ⅱ陣列，使電極Ⅰ陣列和電極Ⅱ陣列構成了一系列電極對；電極Ⅱ陣列被設計成依次向遠離電極Ⅰ的方向偏移從-50nm到50nm的范圍，其中負值表示兩電極設計成相接觸，且相鄰兩組電極對的間隙改變步幅為2nm或更??；?

（3）通過電子顯微鏡觀測，從電極陣列中找到間隙最小的一對，并用微加工技術將其連接至外電路中；?

（4）最后利用氧等離子體刻蝕法清洗樣品。?

進一步地，所述電極Ⅰ與電極Ⅱ選用不同的金屬材料或復合薄膜結?構，電極材料具有不同的功函數或磁性性質。?

進一步地，由電極Ⅰ陣列與電極Ⅱ陣列組成的所述一系列電極對既可以縱向排列，也可以橫向排列，也可以按其他方式排列。?

進一步地，制作所述電極Ⅰ與電極Ⅱ的所述一系列電極對，控制電極對間隙預設值在一個分布范圍內變化，使所述電極對間隙的所述分布范圍大于套刻的誤差偏移量。?

進一步地，控制相鄰兩組電極對間隙的所述改變步幅，最終得到的最窄間隙的大小為2nm、5nm、或10nm。?

進一步地，所述電極Ⅰ陣列的形狀為方形，所述電極Ⅱ陣列的形狀為橢圓形。?

本發明的優點在于提供了一種通用的制作最窄間隙在1-2nm異質電極對的方法。通過選用不同的電極材料，可以制作具有不同功函數或具有不同磁性性質的異質納米間隙電極對。結合相應的功能分子，可以用于制備功能化的分子器件。?

附圖說明

圖1(a)和1(b)為本發明工藝流程示意圖。?

圖2為電極Ⅰ與電極Ⅱ構成的電極對陣列的局部電子顯微鏡照片。?

圖3(a)為一個具有1nm左右間隙的異質電極對。?

圖3(b)為圖3(a)所對應電極對的電壓電流關系圖。?

附圖標記說明如下：?

1-襯底??2-十字基準??3-電極Ⅰ陣列??4-電極Ⅱ陣列?

具體實施方式